Design optimization of a transonic compressor rotor (NASA rotor 37) using response surface method and three-dimensional Navier-Stokes analysis has been carried out in this work. Baldwin-Lomax turbulence model was used in the flow analysis. Two design variables were selected to optimize the stacking line of the blade, and mass flow was used as a design variable, as well, to obtain new design point at peak efficiency. Data points for response evaluations were selected by D-optimal design, and linear programming method was used for the optimization on the response surface. As a main result of the optimization, adiabatic efficiency was successfully improved, and new design mass flow that is appropriate to an improved blade was obtained. Also, it is found that the design process provides reliable design of a turbomachinery blade with reasonable computing time.
Recently, full-scale research about a passenger tube train system is being progressed as a next-generation transportation system in Korea in light of global green technology. The Korea Railroad Research Institute (KRRI) has commenced official research on the construction of a tube train system. In this paper, we studied various parameters of the tube train system such as the internal tube pressure, blockage ratio, and operating speed through computational analysis with a symmetric and elongated vehicle. This study was about the aerodynamic characteristics of a tube train that operated under standard atmospheric pressure (open field system, viz., ground) and in various internal tube environments (varying internal tube pressure, blockage ratio, and operating speed) with the same shape and operating speed. Under these conditions, the internal tube pressure was calculated when the energy efficiency had the same value as that of the open field train depending on various combinations of the operating speed and blockage ratio (the P-D relation). In addition, the dependence of the relation between the internal tube pressure and the blockage ratio (the P-${\beta}$ relation) was shown. Besides, the dependence of the relation between the total drag and the operating speed depending on various combinations of the blockage ratio and internal tube pressure (the D-V relation) was shown. Also, we compared the total (aerodynamic) drag of a train in the open field with the total drag of a train inside a tube. Then, we calculated the limit speed of the tube train, i.e., the maximum speed, for various internal tube pressures (the V-P relation) and the critical speed that leads to shock waves under various blockage ratios, which is related to the efficiency of the tube train (the critical V-${\beta}$ relation). Those results provide guidelines for the initial design and construction of a tube train system.
This paper deals with the design and aerodynamic analysis of a so-called 'ring-type' impulse turbine for wave energy conversion. Numerical analysis was performed using the CFD cock, FLUENT. The main idea of the proposed turbine rotor was to minimize the adverse effect of tip clearance of the turbine blade; the design was borrowed from a ducted propeller with connected ring tip for special purpose marine vehicles. Results show that the efficiency increases up to $10\%$, depending on flaw coefficient, with the higher flaw coefficient yielding better efficiency. Decrease of input coefficient CA was the main reason for higher efficiency. Performance of ring-type rotor at various design parameters, as well as flaw conditions, was investigated, and the advantages and the disadvantages of the present impulse turbine were also discussed.
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.
Kim, Joon-Hyung;Kim, Jin-Hyuk;Kim, Kwang-Yong;Yoon, Joon-Yong;Choi, Young-Seok;Yang, Sang-Ho
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.14
no.5
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pp.63-68
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2011
This paper presents an optimization procedure for performance improvement of a tunnel ventilation jet fan. Optimization techniques based on response surface approximation (RSA) are employed to improve the aerodynamic performance of a tunnel ventilation jet fan. For numerical analysis, three-dimensional Renolds- averaged Navier-Stokes (RANS) equations with shear stress transport turbulence model are discretized by using finite volume approximations and solved on hexahedral grids to evaluate the total efficiency at the operating condition as the objective function. Four geometric variables defining the meridional length and the thickness profile at the hub and shroud in the jet fan rotor are selected as design variables for the numerical optimization. The results of the numerical optimization show that the total efficiency of the optimized model is significantly improved in comparison with the base model.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.45
no.7
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pp.581-593
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2017
In order to develop high efficiency propeller for multicopter type UAV, we designed, analyzed and tested aerodynamic and structural dynamics. For the design of the high efficiency propeller, the optimum design method was applied for the determination of the airfoil and the three-dimensional planform is designed to reduce induced power of the propeller. The flight suitability of the derived shape was determined through structural design and analysis. The rotation test was performed to confirm the performance of the analytically designed shape. In this paper, we propose a procedural propeller design methodology using these design analysis test methods.
This present work is to find optimum design of a NACA65 axial fan blade with weighted average surrogate model. The numerical analysis by Reynolds-average Navier-Stokes equations with shear stress turbulence(SST) is discretized by finite volume approximations and solved on hexahedral grids for flow analysis. The blade aerodynamic shape is modified by six design variables for the optimization. The blade profile as well as stacking line is modified to enhance blade total efficiency. Six design variables, airfoil maximum camber, maximum camber location, leading edge radius, trailing edge radius, lean angle at 50% span and lean angle at 100% span, are selected for blade profile to enhance the total efficiency. The PBA model which is basically weighted average of the basis surrogates is used to find the optimal design in the design space from the constructed response surface model for the objective function. By the optimization, the total efficiency is increased by 1.4%.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.2
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pp.201-210
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2002
Experiments were done for performance and flow characteristics of a counter-rotating axial flow fan. Performance curves of a counter-rotating axial flow fan were obtained and compared by varying the blade pitch angles. The fan characteristic curves were obtained following the Korean Standard Testing Methods for Turbo Fans and Blowers (KS B 6311). The fan flow characteristics were measured using a five-hole probe and a slanted hot-wire. The velocity profiles between the hub and tip of the fans were measured and analyzed at the peak efficiency point. The peak efficiency of the counter-rotating axial flow fan was improved about 15% respectively, compared with the single rotating axial fan. The single rotating axial flow fan showed relatively law efficiency due to the swirl velocities behind rotor exit which produced pressure losses. The counter-rotating axial flow fan showed that the swirl velocity generated by the front rotor was eliminated by the rear rotor and the associated dynamic pressure is recovered in the from of the static pressure rise.
Background: Surfactant-containing water sprays are commonly used in coal mines to collect dust. This study investigates the dust collection performance of different surfactant types for a range of coal dust particle sizes and charges. Methods: Bituminous coal dust aerosol was generated in a wind tunnel. The charge of the aerosol was either left unaltered, charge-neutralized with a neutralizer, or positively- or negatively-charged using a diffusion charger after the particles were neutralized. An anionic, cationic, or nonionic surfactant spray or a plain water spray was used to remove the particles from the air flow. Some particles were captured while passing through spray section, whereas remaining particles were charge-separated using an electrostatic classifier. Particle size and concentration of the charge-separated particles were measured using an aerodynamic particle sizer. Measurements were made with the spray on and off to calculate overall collection efficiencies (integrated across all charge levels) and efficiencies of particles with specific charge levels. Results: The diameter of the tested coal dust aerosol was $0.89{\mu}m{\pm}1.45$ [geometric $mean{\pm}geometric$ standard deviations (SD)]. Respirable particle mass was collected with $75.5{\pm}5.9%$ ($mean{\pm}SD$) efficiency overall. Collection efficiency was correlated with particle size. Surfactant type significantly impacted collection efficiency: charged particle collection by nonionic surfactant sprays was greater than or equal to collection by other sprays, especially for weakly-charged aerosols. Particle charge strength was significantly correlated with collection efficiency. Conclusion: Surfactant type affects charged particle spray collection efficiency. Nonionic surfactant sprays performed well in coal dust capture in many of the tested conditions.
Jinseon Park;Se-Yeon Lee;Lak-Yeong Choi;Se-woon Hong
Journal of Bio-Environment Control
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v.32
no.2
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pp.106-114
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2023
With rising concerns about pesticide spray drift by aerial application, this study attempt to evaluate aerodynamic property and collection efficiency of spray drift according to the leaf area index (LAI) of crop for preventing undesirable pesticide contamination by the spray-drift tunnel experiment. The collection efficiency of the plant with 'Low' LAI was measured at 16.13% at a wind speed of 1 m·s-1. As the wind speed increased to 2 m·s-1, the collection efficiency of plant with the same LAI level increased 1.80 times higher to 29.06%. For the 'Medium' level LAI, the collection efficiency was 24.42% and 43.06% at wind speed of 1 m·s-1 and 2 m·s-1, respectively. For the 'High' level LAI, it also increased 1.24 times higher as the wind speed increased. The measured results indicated that the collection of spray droplets by leaves were increased with LAI and wind speed. This also implied that dense leaves would have more advantages for preventing the drift of airborne spray droplets. Aerodynamic properties also tended to increase as the LAI increased, and the regression analysis of quadric equation and power law equation showed high explanatory of 0.96-0.99.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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