This paper attempts to evaluate the accuracy and efficiency of a design optimization procedure by combining wavelets-based multi resolution analysis method and proper orthogonal decomposition (POD) technique. Aerodynamic design procedure calls for high fidelity computational fluid dynamic (CFD) simulations and the consideration of large number of flow conditions and design constraints. Thus, even with significant computing power advancement, current level of integrated design process requires substantial computing time and resources. POD reduces the degree of freedom of full system by conducting singular value decomposition for various field simulations. In this research, POD combined Design Optimization model is proposed and its efficiency and accuracy are to be evaluated. For additional efficiency improvement of the procedure, multi resolution analysis method is also being employed during snapshot constructions (POD training period). The proposed design procedure was applied to the optimization of wing aerodynamic performance. Throughout the research, it was confirmed that the POD/MRA design procedure could significantly reduce the total design turnaround time and also capture all detailed complex flow features as in full order analysis.
A multi-objective optimization of a regenerative fan for enhancing the aerodynamic and aeroacoustic performance was carried out using an integrated fan design system, namely, Total FAN-Regen$^{(R)}$. The Total FAN-Regen$^{(R)}$ was developed for non-specialists to carry out a series of design process, viz., computational preliminary design, three-dimensional aerodynamic and aeroacoustic analyses, and design optimization, for a regenerative fan. An aerodynamic analysis of the regenerative fan was conducted by solving three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations using the shear stress transport turbulence model. And, an aeroacoustic analysis of the regenerative fan was implemented in a finite/infinite element method by solving the variational formulation of Lighthill's analogy based on the results of the unsteady flow analysis. An optimum shape obtained by Total FAN-Regen$^{(R)}$ shows the enhanced efficiency and decreased sound pressure level as much as 1.5 % and 20.0 dB, respectively, compared to those of the reference design. The performance test was carried out for an optimized regenerative fan to validate the performance of the numerically predicted optimal design.
The aerodynamic effects of leading-edge accretion can raise important safety concerns since the formulation of ice causes severe degradation in aerodynamic performance as compared with the clean airfoil. The objective of this study is to develop a numerical simulation strategy for predicting the particle trajectory around an MS-0317 airfoil in the test section of the NASA Glenn Icing Research Tunnel and to investigate the impingement characteristics of droplets on the airfoil surface. In particular, predictions of the mean velocity and turbulence diffusion using turbulent flow solver and Continuous Random Walk method were desired throughout this flow domain in order to investigate droplet dispersion. The collection efficiency distributions over the airfoil surface in simulations with different numbers of droplets, various integration time-steps and particle sizes were compared with experimental data. The large droplet impingement data indicated the trends in impingement characteristics with respect to particle size ; the maximum collection efficiency located at the upper surface near the leading edge, and the maximum value and total collection efficiency were increased as the particle size was increased. The extent of the area impinged on by particles also increased with the increment of the particle size, which is similar as compared with experimental data.
Radioactive aerosols are produced during the cutting of contaminated and activated metals. They must be collected and removed by a high-performing filtration system before releasing to the environment from the decommissioning workplace. The filtration system requires regular replacement to ensure the sufficient removal of radioactive aerosols because its filtration efficiency gradually decreases. This study evaluates the efficiency and lifetime of filters while cutting metals by using a plasma arc cutter. Particularly, this study considers the aerodynamic diameter distribution of number and mass concentrations for aerosols from 6 nm to 10 ㎛ when evaluating the performance of filters. After 20 time reuses for cutting operation performed in a cutting chamber, the removal efficiency is reduced from over 99 to below 93% at 2 ㎛. The results are used to analyze the lifetime of filters, the frequencies of their replacements, and impact on internal radiation dose.
This study examined the aerodynamic functions (mean airflow rate MFR, subglottal pressure Psub) and closed quotients (CQs) in the fixed pitch (C3, E3, G3, C4) with the variable loudness (70 and 80 dB) as well as in the fixed loudness at 70 dB and 80 dB with the variable pitch (C3, E3, G3, C4) in five classic male singers (Baritone). Results showed that MFR significantly increased at C3, E3, and G3 and Psub significantly increased at C4 when the loudness increased from 70 to 80 dB. At 70 dB, MFR and Psub significantly increased and CQ significantly decreased when the pitch increased from C3 to C4. At 80 dB, MFR significantly decreased when the pitch increased from C3 to G3. However, Psub showed the significant decrease with the pitch increased at 80 dB. In conclusion, as the loudness increases, the aerodynamic loss is getting higher and vocal efficiency becomes lower at low pitch than at higher pitch. At a low loudness level, the main mechanism to control loudness is the amount of medial compression of the vocal folds rather than the aerodynamic function. In addition, the aerodynamic function and medial compression of the vocal folds have a significant role in increasing the loudness level.
Aim of this study is to investigate an aerodynamic effect of a drag-reducing device on a heavy-duty truck. The vehicle experiences two different kinds of aerodynamic forces such as drag and uplifting force (or downward force) as it is traveling straight forward at constant speed. The drag force on a vehicle may cause an increase of the rate of fuel consumption and driving instability. The rolling resistance of the vehicle may be increased as result of the negative uplifting or downward force on the vehicle. A device named roof-fairing system has been applied to examine the reduction of aerodynamic drag force on a heavy-duty truck. As for a engineering design information, the drag-reducing system should be studied theoretically and experimentally for the best efficiency of the device. Four different types of roof-fairing model were considered in this study to investigate the aerodynamic effect on a model truck. The drag and downward force generated by vehicle has been obtained from numerical calculation conducted in this study. The forces produced on four fairing models considered in this study has been compared each other to evaluate the best fairing model in terms of aerodynamic performance. The result shows that the roof-fairing mounted truck has bigger negative uplifting or downward force than that of non-mounted truck in all speed ranges, and drag force on roof-fairing mounted truck has smaller than that of non-mounted truck. The drag coefficient $(C_D)$ of the roof-fairing mounted truck (Model-3) is reduced up to $41.3\%$ than that of non-mounted trucks (Model-1). A downward force generated by a roof-fairing mounted on a truck is linearly proportional to the rolling resistance force. Therefore, the negative lifting force on a heavy-duty truck is another important factor in aerodynamic design parameter and should be considered in the design of a drag-reducing device of a tractor-trailer. According to the numerical result obtained from present study, the drag force produced by the model-3 has the smallest of all in all speed ranges and has reasonable downward force. The smaller drag force on model-3 with 2/3h in height may results of smallest thickness of boundary layer generated on the topside of the container and the lowest intensity of turbulent kinetic energy occurs at the rear side of the container.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.2
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pp.186-196
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2017
In order to resolve the trimming difficulty in rotor CFD calculations, a high-efficiency and improved "delta trim method" is established to compute the blade control settings that are necessary to identify the blade motion. In this method, a simplified model which combines the blade element theory and different inflow models is employed to calculate the control settings according to the target aerodynamic forces, then it is coupled into a CFD solver with unsteady Navier-Stokes equations by the delta methodology, which makes the control settings and aerodynamics calculated and updated in the meantime at every trim cycle. Different from the previous work, the current research combines the inflow model based on prescribed wake theory. Using the method established, the control settings and aerodynamic characteristics of Helishape 7A, AH-1G and Caradonna-Tung rotors are calculated. The influence of different inflow models on trimming calculations is analyzed and the computational efficiency of the current "delta trim method" is compared with that of the "CFD-based trim method". Furthermore, for the sake of improving the calculation efficiency, a novel acceleration factor method is introduced to accelerate the trimming process. From the numerical cases, it is demonstrated that the current "delta trim method" has higher computational efficiency than "CFD-based trim method" in both hover and forward flight, and up to 70% of the amount of calculation can be saved by current "delta trim method" which turns out to be satisfactory for engineering applications. In addition, the proposed acceleration factor shows a good ability to accelerate the trim procedure, and the prescribed wake inflow model is always of better stability than other simple inflow models whether the acceleration factor is utilized in trimming calculations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.8
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pp.1007-1013
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2013
This study aims to analyze the aerodynamics when the geometry of the turbine rotor is modified. The turbine used in this study is a small engine used in the APU of a helicopter. It is difficult to improve the performance of small engines owing to the structural weakness of the blade tip. Therefore, the improvement of the hub geometry is investigated in many ways. The working fluid of a turbine is a high-temperature and high-pressure gas. The heat transfer rate of the turbine surface should be considered to avoid the destruction of blade owing to the heat load. The SST turbulence model gives an excellent prediction of the aerodynamic behavior and heat transfer characteristics when the numerical simulations are compared with the experimental results. In conclusion, the aerodynamic efficiency is improved when a bulbous design is applied to the leading edge near the hub. The endwall loss is reduced by 15%.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2010.11a
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pp.648-651
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2010
Propeller shall have high efficiency and improved aerodynamic characteristics to get the thrust to fly at high speed for the FAR25 turboprop aircraft. That is way Clark-Y airfoil which is used to conventional turboprop aircraft propeller is selected as a blade airfoil. Javaprop program based on the Adkins method is used for aerodynamic design and analysis of propeller, Adkins method is based on the vortex-blade element theory which design the propeller to satisfy the condition for minimum energy loss. Slipstream displacement don't change and consider a rigid body. High efficiency propeller geometry is generated by varying chord length and pitch angle at design point of FAR25 turboprop aircraft. The propeller design results indicate that could be applied to the FAR25 turboprop aircraft, through analysis of propeller aerodynamic characteristics using the CFD(Computational Fluid Dynamic).
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.37
no.2
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pp.201-208
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2009
Recently, the wind energy has been widely used as a renewable energy resource due to lack and environmental issues of the mostly used fossil fuel. This work is to develop a 500W class small wind turbine blade which will be applicable to relatively low speed region like Korea and for the domestic use. For this blade a high efficiency wind turbine blade was designed with the proposing aerodynamic design procedure, and a light and low cost composite structure blade was designed considering fatigue life. Structural analyses including load case study, stress, deformation, buckling and vibration analysis were performed using the Finite Element Method. The fatigue life was estimated using the load spectrum analysis and the Miner rule. In order to evaluate the designed blade, the structural and aerodynamic performance tests were carried out, and the test results were compared with the analysis results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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