Steady flow simulations through a high pressure turbine guide vanes were carried out. The main objective of the present work is to study the performance of turbulence models on the steady flow prediction from aerodynamic and aerothermal points of view. Three turbulence models were compared, namely SST, k-${\omega}$ and ${\omega}$-Reynolds stress models. The laminar results were also compared. The comparison was done with emphasis on the isentropic Mach number and heat transfer coefficient along the blade, and total pressure loss in the wake region. The calculated isentropic Mach number showed reasonable agreement with experimental data along the blade surface for all three turbulent models. For the total pressure loss in the wake region, ${\omega}$-Reynolds stress model showed the best agreement with the experimental data. However, unless using an appropriate transition model, the heat transfer coefficients of all three turbulent models showed poor agreement with experimental data.
A numerical flow analysis has been performed on the partial admission turbine of KARI turbopump to support the aerodynamic and structural dynamic assessments. The flow-field in a partial admission turbine is essentially three dimensional and unsteady because of a tip clearance and a finite number of nozzles. Therefore the mixing plane method is generally not appropriate. To avoid heavy computational load due to an unsteady three dimensional calculation, a frozen rotor method was implemented in steady calculation. It adopted a rotating frame in the grid block of a rotor blade by adding some source terms in governing equations. Its results were compared with a mixing plane method. The frozen rotor method can detect the variation of flow-field dependent upon the blade's circumferential position relative to the nozzle. It gives a idea of wake loss mechanism starting from the lip of a nozzle. This wake loss was assumed to be one of the most difficult issues in turbine designers. Thus, the frozen rotor approach has proven to be an efficient and robust tool in design of a partial admission turbine.
Several formulae have been proposed to estimate the viscous resistance of ships by wake surveys. Both the total head and the velocity should be measured. The integration of he total head loss shows over estimations of the resistance by about 10%. Therefore measurements of the velocity are required, which need much more works. A simple method is suggested in this paper to take accout of the velocity-defect from the measured total head. It gives reasonable estimations of the viscous resistance within the experimental accuracy. Experimental data of a low-drag body of revolution in the wind-tunnel and Series 60 model, CB=0.6 in the tank are used to verify the suggested formula.
Blade shape profile in the axial compressor is one of the most important factors governing its aerodynamic characteristics. Manufacturing tolerance, which is inevitable in the blade manufacturing processes, may change blade profile and as a consequence, it will affect the compressor performance. In this paper, influence of manufacturing tolerance on the aerodynamic characteristics of axial compressor blades with distortion of blade profile curvatures is investigated by using a flow simulation technique. It is found that manufacturing tolerance can be an important factor affecting the source of both profile and wake losses of the axial compressor blades.
Kim, Jung-Hun;Choi, Jung-Eun;Choi, Bong-Jun;Chung, Seok-Ho;Seo, Heung-Won
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제7권2호
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pp.390-398
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2015
Energy-saving devices for 317K VLCC have been developed from a propulsion standpoint. Two ESD candidates were designed via computational tools. The first device WAFon composes of flow-control fins adapted for the ship wake to reduce the loss of rotational energy. The other is WAFon-D, which is a WAFon with a duct to obtain additional thrust and to distribute the inflow velocity on the propeller plane uniform. After selecting the candidates from the computed results, the speed performances were validated with model-tests. The hydrodynamic characteristics of the ESDs may be found in improved hull and propulsive efficiencies through increased wake fraction.
The natural convection heat transfer in a vertical plate with discrete heat sources was studied experimentally. The particular interest was the thermal interaction of the heat sources. In this study, the radiative and conductive heat transfer were considered as heat loss, Thus, the net convective heat transfer rate was presented as adiabatic temperature and thermal wake function. As a results, for non-uniform heating condition, heat input ratio(q1/q2) was most dominant parameter for the thermal wake function. The convective heat transfer rate is decreased with the increasing of channel ratio. For the range of $7.50{\times}10^5<Rac<8.66{\times}10^6$, a useful correlation was proposed as a function of channel Rayleigh number.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제5권3호
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pp.414-430
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2013
This paper shows the study of preswirl duct as an effective energy saving devices that have been devised and reviewed to support the propeller performance, especially for the ship of VLCC with large block coefficients. From the bare hull wake measurements, typical upper/lower asymmetry of hull wake at the propeller disk was found. The 2 kinds of pre-swirl duct, Unconventional half circular duct and Conventional circular pre-swirl duct have been designed and reviewed to recover the loss of propeller running in that condition. The general function of the pre-swirl duct was set to work against this asymmetry of wake and generate pre-swirled flow into the propeller against the propeller rotating direction. The optimum self propulsion tests with various angle configurations were carried out and the best configuration was decided. Accordingly, cavitation test was carried out with best configuration of unconventional half circular duct. The blade surface and tip vortex cavitation behaved smoother when the duct was mounted. The hull pressure amplitudes reflected this difference, so the hull pressure amplitude with duct was smaller than that of without duct.
터빈스테이지는 정익과 동익으로 구성되어 있다. 정익은 동익이 필요한 축 파워를 내도록 입구조건을 만들어준다. 정익 끝단에서 발생된 후류는 동익과 간섭을 일으킨다. 본 연구에서는 이러한 정익 동익간의 간섭현상을 고찰하였다. 정익과 동익의 간격이 큰 경우, 유동해석은 독립적으로 수행 될 수 있다. 정익 주위의 유동을 해석한 후, 발생되는 후류특성을 계산하여 동익의 유동해석에 포함시키었다. 정익에서 발생된 후류는 동익에 접근함에 따라 구부러지고 절단되며 흐름방향으로 연장되는 특성을 가지고 있다. 또한 정익과 동익 간격 영향을 고찰하였으며 그 간격이 가까울수록 후류의 압력 피크로 인한 압력 및 양력손실이 커짐을 알 수 있다.
Investigation of leading edge impingement cooling for first stage rotor blades in an aero-engine turbine, its effect on rotor temperature and trailing edge wake loss have been undertaken in this study. The rotor is modeled with the nozzle for attaining a more accurate simulation. The rotor blade is hollowed in order for the coolant to move inside. Also, plenum with the 15 jet nozzles are placed in it. The plenum is fed by compressed fresh air at the rotor hub. Engine operational and real condition is exerted as boundary condition. Rotor is inspected in two states: in existence of cooling technique and non-cooling state. Three-dimensional compressible and steady solutions of RANS equations with SST K-ω turbulent model has been performed for this numerical simulation. The results show that leading edge is one of the most critical regions because of stagnation formation in those areas. Another high temperature region is rotor blade tip for existence of tip leakage in this area and jet impingement cooling can effectively cover these regions. The rotation impact of the jet velocity from hub to tip caused a tendency in coolant streamlines to move toward the rotor blade tip. In addition, by discharging used coolant air from the trailing edge and ejecting it to the turbines main flow by means of the slot in trailing edge, which could reduce the trailing edge wake loss and a total decrease in the blade cooling loss penalty.
In the present study, we studied the method of predicting the on-design and on-design point performance of axial flow fan with adjustable pitch blades. With the change of stagger angle of axial flow fan with adjustable pitch blade, flow rate and pressure can be changed. Because of this merit adjustable pitch fans are used in many industrial facility. When changing stagger angle or estimating the performance at a wide range of off-design condition, incidence angle changes greatly as the flow rate changes. Therefore, the deviation angle at the blade exit is estimated by the correlation considering the effects of blade design, incidence angle variation. In the loss model, we used known pressure loss model for blade boundary layer and wake, secondary flow, endwall boundary layer and tip leakage flow. The results of modified deviation angle model and experiment were compared for the usefulness of the modified model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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