Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2009.11a
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pp.395-398
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2009
Currently, a new generation of ducted fan UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) is under development for a wide range of inspection, investigation and combat missions as well as for a variety of civil roles like traffic monitoring, meteorological studies, hazard mitigation etc. The current study presents extensive results obtained experimentally in order to investigate the tip clearance effects on performance characteristics of a ducted fan for small UAV systems. Three ducted fans having different tip clearance gap and with same rotor size were examined under three different yawed conditions of calibrated slanted hot-wire probe. Three dimensional velocity flow fields were measured from hub to tip at outlet of the ducted fan. The analysis of data were done by PLEAT (Phase locked Ensemble Averaging Technique) and three non-linear differential equations were solved simultaneously by using Newton -Rhapson numerical method. Flow field characteristics such as tip vortex and secondary flow were confirmed through axial, radial and tangential velocity contour plots. At the same time, the effects of tip clearance on axial thrust and input power were also investigated by using wind tunnel measurement system. For enhancing the performance of ducted fan, tip clearance level should be as small as possible.
A multiphase CFD analysis is performed to investigate the effect of near-wall grid for simulating a subcooled boiling flow in vertical tube. The multiphase flow model used in this CFD analysis is the two-fluid model in which liquid(water) and vapor(steam) are considered as continuous and dispersed fluids, respectively. A wall boiling model is also used to simulate the subcooled boiling heat transfer at the heated wall boundary. The diameter and heated length of tube are 0.0154 m and 2 m, respectively. The system pressure in tube is 4.5 MPa and the inlet subcooling is 60 K. The near-wall grid size in the non-dimensional wall unit ($y_{w}^{+}$) was examined from 64 to 172 at the outlet boundary. The CFD calculations predicted the void distributions as well as the liquid and wall temperatures in tube. The predicted axial variations of the void fraction and the wall temperature are compared with the measured ones. The CFD prediction of the wall temperature is shown to slightly depend on the near-wall grid size but the axial void prediction has somewhat large dependency. The CFD prediction was found to show a better agreement with the measured one for the large near-wall grid, e.g., $y_{w}^{+}$ > 100.
boiling flow in vertical tube. The multiphase flow model used in this CFD analysis is the two-fluid model in which liquid(water) and gas(vapour) are considered as continuous and dispersed fluids, respectively. A wall boiling model is also used to simulate the subcooled boiling heat transfer at the heated wall boundary. The diameter and heated length of tube are 0.0154 m and 2 m, respectively. The system pressure in tube is 4.5 MPa and the inlet subcooling is 60 K. The near-wall grid size in the non-dimensional wall unit for lqiuid phase ($y^+_{w,l}$) was examined from 101 to 313 at the outlet boundary. The CFD calculations predicted the void distributions as well as the liquid and wall temperatures in tube. The predicted axial variations of the void fraction and the wall temperature are compared with the measured ones. The CFD prediction of the wall temperature is shown to slightly depend on the near-wall grid size but the axial void prediction has somewhat large dependency. The CFD prediction was found to show a better agreement with the measured one for the large near-wall grid, e.g., $y^+_{w,l}$ > 300 at the tube exit.
Diffusion and dispersion of injected $CO_2$gas into the $N_2$ gas flow are complex. In the packed column with porous particles the axial dispersion and the extra-particle mass transport as well as the intra-particle mass transport are involved. The pulse spreads by stationary diffusion during the period of arrested flow. Hence, the effect of axial dispersion, and of entrance and exit, as well as that of intraparticle convection should be eliminated during the period. The effective diffusivity was determined experimentally by using the gas chromatography, which is to arrest the gas flow during the period after injecting the pulse. This experiment method hasn't been used often in the field. Effective diffusivities are raised with temperature increasing, and it is quite satisfied com-pared to literature values. In this study, the calculated data of gaseous chemical for extinguish fires could be helpful to appreciate several physical phenomenons. Also, it could be expected that, the calculated data of this study might be very useful for development of excellent gaseous chemical for extinguish fires and improvement of its efficiency.
A numerical analysis of shock wave/boundary layer interaction in transonic/supersonic axial flow compressor cascade has been performed by using a characteristics upwind Navier-Stokes method with various turbulence models. Two equation turbulence models were applied to transonic/supersonic flows over a NACA 0012 airfoil. The results are superion to those from an algebraic turbulence model. High order TVD schemes predicted shock wave/boundary layer interactions reasonably well. However, the prediction of SWBLI depends more on turbulence models than high order schemes. In a supersonic axial flow cascade at M=1.59 and exit/inlet static pressure ratio of 2.21, k-$\omega$ and Shear Stress Transport (SST) models were numerically stables. However, the k-$\omega$ model predicted thicker shock waves in the flow passage. Losses due to shock/shock and shock/boundary layer interactions in transonic/supersonic compressor flowfields can be higher losses than viscous losses due to flow separation and viscous dissipation.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.7
no.3
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pp.110-124
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2014
Surge phenomena in the zone of reduced speeds in a system of a nine-stage axial flow compressor coupled with ducts were studied analytically by use of a surge transient simulation code. Main results are as follows. (1) Expansion of apparently stable, non-surge working area of the pressure vs. flow field beyond the initial stage-stall line was predicted by the code in the lower speed region. The area proved analytically to be caused by significantly mismatched stage-working conditions, particularly with the front stages deep in the rotating stall branch of the characteristics, as was already known in situ and in steady-state calculations also. (2) Surge frequencies were found to increase for decreasing compressor speeds as far as the particular compressor system was concerned. (3) The tendency was found to be explained by a newly introduced volume-modified reduced surge frequency. It suggests that the surge frequency is related intimately with the process of emptying and filling of air into the delivery volume. (4) The upstream range of movement of the fluid mass having once passed through the compressor in surge was found to reduce toward the lower speeds, which could have caused additionally the increase in surge frequency. (5) The concept of the volume-modified reduced surge frequency was able to explain, though qualitatively at present, the behaviors of the area-pressure ratio parameter for the stall stagnation boundary proposed earlier by the author.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.16
no.4
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pp.571-580
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2015
In this paper, a computational study was conducted in order to investigate the rotor blade sweep effect on the aerodynamics of a small axial supersonic impulse turbine stage. For this purpose, three-dimensional unsteady RANS simulations have been performed with three different rotor blade sweep angles ($-15^{\circ}$, $0^{\circ}$, $+15^{\circ}$) and the results were compared with each other. Both NTG (No tip gap) and WTG (With tip gap) models were applied to examine the effect on tip leakage flow. As a result of the simulation, the positive sweep model ($+15^{\circ}$) showed better performance in relative flow angle, Mach number distribution, entropy rise, and tip leakage mass flow rate compared with no sweep model. With the blade static pressure distribution result, the positive sweep model showed that hub and tip loading was increased and midspan loading was reduced compared with no sweep model while the negative sweep model ($-15^{\circ}$) showed the opposite result. The positive sweep model also showed a good aerodynamic performance around the hub region compared with other models. Overall, the positive sweep angle enhanced the turbine efficiency.
The objective of the paper is to analyze the thermally induced density wave oscillations in water cooled boiling water reactors. A transient thermal hydraulic model is developed with a characteristics-based implicit finite-difference scheme to solve the nonlinear mass, momentum and energy conservation equations in a time-domain. A two-phase flow was simulated with a one-dimensional homogeneous equilibrium model. The model treats the boundary conditions naturally and takes into account the compressibility effect of the two-phase flow. The axial variation of the heat flux profile can also be handled with the model. Unlike the method of characteristics analysis, the present numerical model is computationally inexpensive in terms of time and works in a Eulerian coordinate system without the loss of accuracy. The model was validated against available benchmarks. The model was extended for the purpose of studying the flow-induced density wave oscillations in forced circulation and natural circulation boiling water reactors. Various parametric studies were undertaken to evaluate the model's performance under different operating conditions. Marginal stability boundaries were drawn for type-I and type-II instabilities in a dimensionless parameter space. The significance of adiabatic riser sections in different boiling reactors was analyzed in detail. The effect of the axial heat flux profile was also investigated for different boiling reactors.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.23
no.4
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pp.533-542
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1999
In this study the flow characteristics of developing turbulent pulsating flows in a square-sec-tional 180。 curved duct are investigated experimentally. The experimental study of air flow in a square-sectional curved duct is carried out to measure axial velocity distribution secondary flow velocity profiles and wall shear stress distributions by using a Laser Doppler Velocimetry system with the data acquisition and processing system of Rotating Machinery Resolver (RMR) and PHASE software at the entrance region of the duct which is divided into 7 sections from the inlet(${{\o}}=0_{\circ}$) to the outlet (${{\o}}=180_{\circ}$) in $30_{\circ}$ intervals. The results obtained from the study are summarized as follows: (1) The time-averaged critical Dean number of turbulent pulsating flow(De ta, cr) is greater than $75{\omega}+$ It is understood that the critical Dean number and the critical Reynolds number are related to the dimensionless angular frequency in a curved duct. (2) Axial velocity profiles of turbulent pulsating flows are of an annular type similar to those of turbulent stead flows. (3) Secondary flows of trubulent pulsating flows are strong and complex at the entrance region. As velocity amplitudes(A1) become larger secondary flows become stronger. (4) Wall shear stress distributions of turbulent pulsating flows in a square-sectional $180_{\circ}$ curved duct are exposed variously in the outer wall and are stabilized in the inner wall without regard to the phase angle.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.7
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pp.895-906
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2000
A three dimensional linear frequency-domain lifting surface panel method was used for the aerodynamic analysis of axial flow type micro-fans. As proven by the duct modeling, the tip clearance of the micro-fans tested is large enough to ignore the calculated effect of the duct system. As the numerical results and experimental data agreed well in the operating point region, the method was applicable in the parametric studies to determine the design parameters of axial flow fans. Experiments on micro-fans were carried out based on KS B 6311. The newly designed micro-fan showed improvements in both static pressure rise and volumetric flow rate compared to the existing fans at a given operating condition. No detection of surging and the smooth characteristic curve proved the improvement in performance. To reduce the fan noise in the fan design, it was necessary to make use of the frequency spectrum analysis data. Measurement of sound pressure level for micro-fans was conducted based on KS B 6361 and KS A 0705. The peak - which occurs at blade passage frequency and its higher harmonics due to the fan noise - was not detected. This justifies the design methodology of the blade.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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