Proposed is an aero-acoustic performance prediction method of axial fan. The fan aerodynamic performance is predicted by combining pitch-averaged quasi 3-D flow analysis with pressure loss models for blade boundary layer and wake, secondary flow, endwall boundary layer and tip leakage flows. Fan noise is assumed to be radiated as dipole distribution type, and its generation is assumed to be mainly due to the vortex street shed from blade trailing edge. The fluctuating pressure and lift on the blade surface are analyzed by incorporating the wake vortex stree shed from blade trailing edge. The fluctuating pressure and lift on the blade surface are analyzed by incorporating the wake vortex street model with thin airfoil theory. The aero-acoustic performance prediction results by the present method are in good agreement with the measured results of several axial fans. With the present prediction method, parametric studies are carried out to investigate the effects of blade chord length and spacing on the efficiency and the noise level of fan. In the case of lightly loaded fan, both efficiency improvement and noise reduction can be achieved by decreasing chord length or by increasing blade specing. However, when fan is designed at highly loaded condition, the noise reduction by increasing blade spacing penalizes the attaninable efficiency of fan.
Clocking effects of a stator on the performance and internal flow in an UTRC 1.5 stage axial turbine are investigated using a three-dimensional unsteady flow simulation. Six relative positions of two rows of stator are investigated by positioning the second stator being clocked in a step of 1/6 pitch. The relative efficiency benefit of about 1% is obtained depending on the clocking positions. However, internal flows have some different characteristics from that in the previous study at the best and worst efficiency positions, since the first stator wake is mixed out with the rotor wake before arriving at the leading edge of the second stator. Instead of the first stator wake, it is found that the wake interaction of the first stator and rotor has a important role on a relative efficiency variation at each clocking position. The time-averaged local efficiency along the span at the maximum efficiency is more uniform than that at the minimum efficiency. That is, the spanwise efficiency distribution at the minimum efficiency has larger values in mid-span but smaller values near the hub and casing in comparison to those at the maximum efficiency. Moreover, the difference between maximum and minimum instantaneous efficiencies during one period is found to be smaller at the maximum efficiency than at the minimum efficiency.
Lock-on characteristics of the flow around a circular cylinder performing a rotationally oscillation with a relatively high forcing frequency have been investigated experimentally using flow visualization and hot-wire measurements. Dominant parameters are Reynolds number (Re), amplitude of oscillation $(\theta_A)$, and frequency ratio $F_R=f_f\;/\;f_n$, where $f_f$ is the forcing frequency and if is the natural frequency of vortex shedding. Experiments were carried out under the conditions of $Re=4.14\times10^3,\;\pi/15\leq\theta_A\leq\pi/3$, and $F_R=1.0$. The effects of this active control technique on the lock-on flow regime of the cylinder wake were evaluated through wake velocity measurements and spectral analysis of hot-wire signals. The rotary oscillation modified the flow structure of near wake significantly. The lock-on phenomenon was found to occur in the range of frequency encompassing the natural vortex shedding frequency. In addition, when the amplitude of oscillation is less than a certain value, the lock-on phenomenon was occurred only at $F_R=1.0$. The lock-on range expanded and vortex formation length decreased as the amplitude of oscillation increases. The rotary oscillation generated small-scale vortex structure just near the cylinder surface.
This paper is concerned with the viscous interaction between rotor and stator. The viscous interaction is caused by wakes from upstream blades. The rotor cascade in the experiment was composed with five blades, and cylinders were placed to make the stator wakes and their locations were about 50 percent upstream of blade chord. The locations of cylinders were varied in the direction of cascade axis with 0, 12.5, 25, 50, and 75 percent of pitch length. The static pressure distributions on the blade surfaces and the velocity distributions in the cascade flow were measured. From the experimental result it was found that the value of velocity defect by a cylinder wake might vary depending on the wake position within the cascade but the value at the cascade exit approached to some constant value regardless of the difference of wake locus. The momentum defect at the downstream from the cascade and the pressure distribution on the blade surfaces showed that the wake flowing near the blade surfaces caused the decrease of lift and the increase of drag regardless of the disappearance of flow separation.
Clocking effects of a stator on the performance and internal flow in an UTRC 1.5 stage axial turbine are investigated using a three-dimensional unsteady flow simulation. Six relative positions of two rows of stator are investigated by positioning the second stator being clocked in a step of 1/6 pitch. The relative efficiency benefit of about 1% is obtained depending on the clocking positions. However, internal flows have some different characteristics from that in the previous study at the best and worst efficiency positions, since be first stator wake is mixed out with the rotor wake before arriving at the leading edge of the second stator. Instead of the first stator wake, it is found that the wake interaction of the first stator and rotor has a important role on a relative efficiency variation at each clocking position. The time-averaged local efficiency along the span at the maximum efficiency is more uniform than that at the minimum efficiency. That is, the spanwise efficiency distribution at the minimum efficiency has larger values in mid-span but smaller values near the hub and casing in comparison to those at the maximum efficiency. Moreover, the difference between maximum and minimum instantaneous efficiencies during one period is found to be smaller at the maximum efficiency than at the minimum efficiency.
The aerodynamic forces and wake structure of the non-rotating downstream circular cylinder, of which the uniform freestream flow is interfered with another spinning upstream cylinder having the same diameter that is located upstream in a line have been investigated experimentally. When the spin rate of the downstream cylinder defined as the ratio of tangential surface velocity of the spinning cylinder to the freestream velocity increases gradually from zero to 1.4, the change of surface pressure distribution, aerodynamic forces of the non-rotating downstream cylinder were measured in case of several distance ratios of 1.5, 3.0, and 4.5 defined as the ratio of distance between the centers of two cylinders to the diameter. The wake flow patterns behind the cylinder were also investigated in each case. From the present experiments, it has been found that the spin rate significantly influences the aerodynamic forces and near-wake flow phenomena of the downstream cylinder in such a way that the drag increases as the spin rate and distance ratio increase and the wake width increases as the distance ratio increases.
This paper is concerned with the effect of cylinder wakes upstream on blade characteristics of compressor cascade(NCA 65 series). At first, it is found that the velocity defect ratio of cylinder wake varies according to the acceleration and deceleration in a flow field but, is conserved nearly constant at flow downstream the cascade, irrespective of the flow path in the cascade. When a cylinder wake flows along near the suction surface of the blade, or impinges on the leading edge, the turbulent velocities are supplied on or inside the outer edge of boundary layer near the leading edge of suction surface, and the transition to a transitional or turbulent boundary layers is induced, so that the laminar separation is prevented, but the profile loss increases. The transition of boundary layer to a transitional or turbulent one is strongly related with the strength of added turbulent velocities near the leading edge on the suction surface, which is influenced by the flow path of a cylinder wake.
본 연구는 상류 쪽에 설치된 물체의 직경 변화에 따른 후류에 존재하는 하류 쪽 물체의 영향에 대해 조사한 실험적 연구이다. 풍동의 측정부에서 상류 쪽에는 알파벳 V자 형태의 물체를 삽입하고, 하류 쪽에는 로드셀을 장착한 원기둥을 설치하여 상류 쪽 물체의 직경 변화에 따라 후류의 유속분포가 어떻게 변화하는지를 조사하였다. 그리고 후류에 존재하는 원기둥의 위치를 변화시키면서 원기둥의 변동양력과 카르만 와류 방출 주파수를 조사하므로서 다음과 같은 결론을 얻었다. i) 후류의 유속은 주유속보다 작다. ii) 상류 쪽 물체의 직경이 하류 쪽 물체의 직경보다 클 때 록크-인 현상이 일어난다. iii) 후류에 있는 원기둥의 변동양력이 최대가 되는 위치는 상류 쪽 물체의 직경의 변화에 따라 위치도 함께 변해야 한다.
Computational studies of accelerating flow around 2D Circular Cylinder was performed to investigate characteristics of wake field and drag forces. Previous studies had revealed that drag on the cylindrical body in accelerating flow is much greater than that in the flow with constant velocity; however, the underlying physics on the drag increase has not been clearly investigated. In order to investigate the drag increase and its relationship with wake development, this study employed a finite-volume based CFD code, Fluent 13.0 with k-ω SST model for turbulence effects. Inflows are modeled with varied accelerations from 0.4905 to 9.81m/s2. The drag computed in the present study is in good agreement with previous studies, and clearly shows the increase compared to the drag on the body in the flow with constant velocity. The results also show that drag crisis observed at high Reynolds number in the case of the flow with constant velocity is also found in the case of accelerating flow. The analysis for wake and recirculation length shows that conventional vortex shedding does not occur even at high Reynolds number and the drag increase is larger at higher acceleration.
본 논문에서는 전진 비행하는 탠덤로터의 로터 겹침에 의한 간섭효과에 대해 연구하였다. 기 개발된 시간전진 자유후류 모델이 고려된 비정상 패널 코드는 후류와 깃(blade)이 아주 근접한 경우에 불안정성이 발생하였다. 이를 제거하기 위해서 장속도기법을 적용하여 코드를 개선하였다. 개선된 코드를 이용하여 전진 비행하는 탠덤로터의 상호작용에 가장 큰 영향을 미치는 인자인 로터 간격과 전진비에 따른 파라메타 연구를 수행하였다. 공력성능의 비교를 통해 겹침유도동력계수는 일정한 전진비 이후에는 로터 사이의 수평 거리의 영향은 거의 받지 않으며, 수직 거리의 제곱에 반비례하는 것을 알 수 있었다. 또한 전진비가 증가함에 따라 겹침유도동력계수는 증가하다가 감소하는 경향을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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