The turbine efficiency is an important factor in power plant, and accurate evaluation of steam turbine performance is the key issue in turbo machinery industry. The difficulty of evaluating the steam turbine performance due to its high steam temperature and pressure environment makes the most steam turbine tests to be replaced by air similarity test. This paper presents how to decide the similarity conditions of the steam turbine test and describes its limitations and assumptions. The test facility was developed and arranged to conduct an air similarity turbine performance test with various inlet pressure, temperature and mass flow rate. The eddy-current type dynamometer measures the turbine-generated shaft power and controls the rotating speed. Pressure ratio of turbine can be controled by back pressure control valve. To verify its test results, uncertainty analysis was performed and relative uncertainty of turbine efficiency was obtained.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.27
no.5
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pp.438-445
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2022
Blade efficiency decreases when the rotor speed is kept constant even though the wind speed is higher than the rated value. Therefore, a speed controller is used to regulate the rotor speed in the high-wind-speed region. In stall-blade wind turbine, the role of the speed controller is important because precise aerodynamic regulation is unavailable. In this study, an effective parameter design method of a PI speed controller is proposed to limit the speed overshoot of a type 4 wind turbine with stall blades even though wind gust occurs. The proposed method considers the efficiency characteristics of the stall blade and the mechanical inertia of the wind turbine rotor. It determines the bandwidth of the speed controller to comply with the speed limit during generator speed overshoot for the worst case of wind gust. The proposed method is verified through intensive simulations with a MATLAB/SIMULINK model and experimental results obtained using a 3 kW MG set of wind turbine simulator.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.2
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pp.197-205
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2003
A cascade impactor is a multistage impaction device used to separate airborne particles into aerodynamic size classes. A micro-orifice impactor uses micro-orifice nozzles to extend the cut sizes of the lower stages to as small as 0.05 ${\mu}{\textrm}{m}$ in diameter without resorting to low pressures or creating excessive pressure drops across the impactor stages. In this work, the phenomenon of particle clogging in micro-orifice nozzles was experimentally investigated for a commercial micro-orifice uniform deposit impactor (MOUDI). It was observed, using an optical microscope, that the micro-orifice nozzles of the final stages were partially clogged due to particle deposition during the aerosol sampling. Therefore the pressure drops across the nozzles were higher than the nominal values given by the manufacturer. To examine the effect of particle clogging in micro-orifice nozzles, the particle collection efficiency of the MOUDI was evaluated using an electrical method for fine particles with diameters in the range of 0.1-0.6 ${\mu}{\textrm}{m}$. The monodisperse liquid dioctyl sebacate (DOS) particles were used as test aerosols. A faraday cage was employed to measure the low-level current of the charged particles upstream and downstream of each stage. It was found that the collection efficiency curves shifted to correspond to smaller orifice sizes, and the 50-% cutoff sizes were much smaller than those given by the manufacturer for the three stages with nozzles less than 400 ${\mu}{\textrm}{m}$ in diameter.
Vertical axis wind energy systems including 3 and 4 blades are numerically investigated in a two-dimensional (2D) computational domain. The power coefficient (Cp) is adopted to measure the efficiency of the system and the effect of the rotating velocity on the power coefficient is analyzed for the two different systems. The rotating velocity varies from 30 rad/s to 90 rad/s, which corresponds to the tip speed ratio (T.S.R) of 0.5 to 1.5. The torque exerted on the blades is mainly determined by the aerodynamic force in the x-direction and maximized when the blade is positioned at around θ = 186°. The efficiency of the 4-blade system is higher than that of the 3-blade system within the tip speed ratio range between 0.5 and 0.67, besides where the 3-blade system shows a better performance. For the 3-blade system, the maximum efficiency is reached to 0.082 at the tip speed ratio of 1.083. The maximum efficiency of the 4-blade system is 0.071 at T.S.R. = 0.92. The velocity fields in the x-direction, pressure fields, and the vorticity magnitude are analyzed in detail for the optimal cases of the 3- and 4-blades systems, respectively.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.6
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pp.547-556
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2014
This paper discusses a one-way fluid structural interaction (FSI) analysis and shape optimization of the impeller blades for a 15,000 HP centrifugal compressor using the response surface method (RSM). Because both the aerodynamic performance and the structural safety of the impeller are affected by the shape of its blades, shape optimization is necessary using the FSI analysis, which includes a structural analysis for the induced fluid pressure and centrifugal force. The FSI analysis is performed in ANSYS Workbench: ANSYS CFX is used for the flow field and ANSYS Mechanical is used for the structural field. The response surfaces for the FSI results (efficiency, pressure ratio, maximum stress, etc.) generated based on the design of experiments (DOE) are used to find an optimal shape for the impeller blades, which provides the maximum aerodynamic performance subject to the structural safety constraints.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.5
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pp.18-27
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2005
Airfoils with improved longitudinal static stability were designed for a WIG craft through aerodynamic design optimization. The response surface method is coupled with NURBS-based shape functions and Navier-Stokes flow analysis. The procedure runs in the network-distributed design framework of commercial-code based automated design capability to enhance computational efficiency and robustness.Lift maximization design maintaining similar static margin to a DHMTU airfoil successfully produced a new airfoil shape characterized by pronounced front-loading and the well-known reflexed aft-camber line. Another airfoil design of lower variation in pitching moment during take-off showed weakened front-loaded characteristics and hence decreased lift slightly. Investigations using the present design methodology on an existing optimization result based on potential flow analysis and NACA-type geometry generation demonstrated significance of carrying various geometry generations and more realistic flow analysis with optimization.
Kong, Chang-Duk;Park, Hyun-Bum;Lee, Kyung-Sun;Choi, Won
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.11a
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pp.501-504
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2011
In this study, structural design of the propeller blade for turboprop aircraft was performed. The propeller shall have high strength to get the thrust to fly at high speed. The high stiffness and strength carbon/epoxy composite material was used for the major structure and skin-spar-foam sandwich structural type was adopted for improvement of lightness. As a design procedure for the present study, firstly the structural design load was estimated through investigation on aerodynamic load and then flanges of spars from major bending loads and the skin from shear loads were preliminarily sized using the netting rule. In order to investigate the structural safety and stability, stress analysis was performed by finite element analysis code MSC. NASTRAN. Finally, it is investigated that designed blade have high efficiency and structural safety to analyze of aerodynamic and structural design results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.5
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pp.321-327
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2016
This paper presents the application of airfoil impeller for enhancement of aerodynamic performance of a high speed centrifugal fan. Three airfoil impellers are proposed, considering the maximum thickness and the location of maximum thickness of the airfoil. C4 airfoil thickness distribution is applied to the three airfoil impellers. The impellers are evaluated using CFD (computational fluid dynamics) and suction power test. From the results, it is confirmed that flow separations on the pressure side of the impeller blades and the pressure side of diffuser blades are reduced when airfoil blade is applied to the impellers. It is also confirmed that with the centrifugal fan having airfoil impellers, there is an increase in fan efficiency by approximately 3% and reduction in specific sound level by approximately 1.3 dB(A).
The aeroacoustic characteristics of a centrifugal fan for a vacuum cleaner and its noise reduction method are studied in this paper. The major noise source of a vacuum cleaner is the centrifugal fan. The impeller of the fan rotates at over 30000 rpm, and generates very high-level noise. It was revealed that the dominant noise source is the aerodynamic interaction between the rotating impeller and stationary diffuser. The directivity of acoustic pressure showed that most of the noise propagates backward direction of the fan-motor assembly. In order to reduce the high tonal sound generated from the aerodynamic interaction, unevenly pitched impeller and diffuser, and tapered impeller designs were proposed and experiments were performed. Uneven pitch design of the impeller changes the sound quality while the overall sound power level (SPL) and the performance remains similar. The effect of the tapered design of impeller was evaluated. The trailing edge of the tapered fan is inclined. This reduces the flow interaction between the rotating impeller and the stationary diffuser because of some phase shifts. The static efficiency of the new impeller design is slightly lower than the previous design. However, the overall SPL is reduced by about 4 dB(A). The SPL of the fundamental blade passing frequency (BPF) is reduced by about 6 dB (A) and the 2$\^$nd/ BPF is reduced about 20 dB (A). The vacuum cleaner with the tapered impeller design produces lower noise level than the previous one, and the strong tonal sound was dramatically reduced.
Transactions of the KSME C: Technology and Education
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v.2
no.1
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pp.29-37
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2014
In this study, analyzed the aerodynamic characteristics of Kline-Fogleman airfoils and wings with those more efficiency at low Reynolds number. It was found that lift to drag ratio is enhanced in the range of Reynolds number below $2.4{\times}10^5$, especially, can be improved up to 26% at Reynolds number is $1{\times}10^4$. It was confirmed that the most advantage case in terms of lift-to-drag ratio is Middle case and lift-to-drag ratio is improved to 20% at 80% of the wing area is Kline-Folgeman airfoil. At this time, endurance time increase to 12%. Also taking the structural stability of the wing and lift-to-drag improvement into account, designed to be from 50% to 80% the size of the Kline-Fogleman Airfoil would be advantageous.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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