Kim, Young-Cheol;Ahn, Kook-Young;Cho, Chong-Hyun;Cho, Soo-Yong
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.12
no.3
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pp.44-52
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2009
Small scale steam turbines are used as mechanical drivers in chemical process plant or power generators. In this study, a design technology was developed for a 100kW class steam turbine which will be used for removing $CO_2$ from the emission gas on a reheated cycle system. This turbine is operated at a low inlet total pressure of $5\;kgf/cm^2$. It consists of two stages and operates at the partial admission. For the meanline analysis, a performance prediction method was developed and it was validated through the performances on the operating small steam turbines which are using at plants. Their results showed that the output power was predicted within 10% deviation although the steam turbines adopted in this analysis were operated at different flow conditions and rotor size. The turbine blades was initially designed based on the computed results obtained from the meanline analysis. A supersonic nozzle was designed on the basis of the operating conditions of the turbine, and the first stage rotor was designed using a supersonic blade design method. The stator and second stage rotor was designed using design parameters for the blade profile. Finally, Those blades were iteratively modified from the flow structures obtained from the three-dimensional flow analysis to increase the turbine performance. The turbine rotor system was designed so that it could stably operate by 76% separation margin with tilting pad bearings.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.8
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pp.797-806
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2008
In a double-passage cascade apparatus, only two blades are installed in order to increase the accuracy of experimental result by applying bigger blade than the size of multi-blades on the same apparatus. However, this causes difficulties to make correct periodic condition. In this study, sidewalls are designed to meet periodic condition without removing the operating fluid or adjusting tail boards. Surface Mach number on the blade surface is applied to a responsible variable, and 12 design variables which are related with sidewall profile control are selected. A gradient-based optimization is adopted for wall design and CFX-11 is used for the internal flow computation. The computed result shows that it could obtain the same flow structure by modifying only the sidewalls of the double-passage cascade apparatus.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.20
no.5
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pp.397-401
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2000
The corrosion-fatigue characteristics of the 12Cr steel, which is widely used in fossil power plants as a turbine blade material, are evaluated nondestructively by use of the Rayleigh surface wave. In this study, the frequency dependency of the Rayleigh surface wave is investigated indirectly by measuring the angular dependency of the backward radiation of the incident ultrasonic wave in the aged specimens, and then compared to the corrosion-fatigue characteristics. The width of the backward radiation profile decreases as the increase of the aging temperature, which seems to result from the increase of the effective degrading layer thickness. This parameter also shows an inversely proportionality to the exponent, m, in the Paris law which predicts the crack size increasement due to fatigue. The result observed in this study demonstrates high potential of the backward radiated ultrasound as a tool for the nondestructive evaluation of the corrosion-fatigue characteristics of the aged materials.
Kim, Ki-Ha;Kim, Dong-Hyun;Kwak, Young-Seob;Kim, Su-Hyun
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.18
no.2
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pp.14-21
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2015
Design lifetime of a wind turbine is required to be at least 20 years. The most important step to ensure the deign is to evaluate the loads on the wind turbine as accurately as possible. In this study, extreme design load of a offshore wind turbine using Garrad Hassan (GH) Bladed and National Renewable Energy Laboratory (NREL) FAST codes are calculated considering structural dynamic loads. These wind turbine aeroelastic analysis codes are high efficiency for the rapid numerical analysis scheme. But, these codes are mainly based on the mathematical and semi-empirical theories such as unsteady blade element momentum (UBEM) theory, generalized dynamic wake (GDW), dynamic inflow model, dynamic stall model, and tower influence model. Thus, advanced CFD-dynamic coupling method is also applied to conduct cross verification with FAST and GH Bladed codes. If the unsteady characteristics of wind condition are strong, such as extreme design wind condition, it is possible to occur the error in analysis results. The NREL 5 MW offshore wind turbine model as a benchmark case is practically considered for the comparison of calculated designed loads. Computational analyses for typical design load conditions such as normal turbulence model (NTM), normal wind profile (NWP), extreme operation gust (EOG), and extreme direction change (EDC) have been conducted and those results are quantitatively compared with each other. It is importantly shown that there are somewhat differences as maximum amount of 18% among numerical tools depending on the design load cases.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.5
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pp.399-406
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2016
The large scale wind turbine blades usually experience periodic change of inflow speed due to blade rotation inside the ground shear flow region. Because of the vertical wind shear, the inflow velocity in the boundary layer region is maximum at uppermost position and minimum at lowermost position. These spatial distribution of wind speeds can lead to the periodic oscillation of the 6-component loads at hub and low speed shaft of the wind turbine rotor. In this study we compare the aerodynamic loads between two inflow conditions, i.e, uniform flow (no vertical wind shear effect) and normal wind profile. From the computed results all of the relative errors for oscillating amplitudes increased due to the ground shear flow effect. Especially bending moment and thrust at hub, and bending moments at LSS increased enormously. It turns out that the aerodynamic analysis including the ground shear flow effect must be considered for fatigue analysis.
This study proposes a new method of analyzing the burnup credit in boiling water reactor spent fuel assemblies against various operating parameters. The operating parameters under investigation include fuel temperature, axial burnup profile, axial moderator density profile, and control blade usage. In particular, the effects of variations in one and two operating parameters on the curve of effective multiplication factor ($k_{eff}$) versus burnup (B) are, respectively, the so-called single and compound effects. All the calculations were performed using SCALE 6.1 together with the Evaluated Nuclear Data Files, part B (ENDF/B)-VII238-neutron energy group data library. Furthermore, two geometrical models were established based on the General Electric (GE)14 $10{\times}10$ boiling water reactor fuel assembly and the Generic Burnup-Credit (GBC)-68 storage cask. The results revealed that the curves of $k_{eff}$ versus B, due to single and compound effects, can be approximated using a first degree polynomial of B. However, the reactivity deviation (or changes of $k_{eff}$, ${\Delta}k$) in some compound effects was not a summation of the all ${\Delta}k$ resulting from the two associated single effects. This phenomenon is undesirable because it may to some extent affect the precise assessment of burnup credit. In this study, a general formula was thus proposed to express the curves of $k_{eff}$ versus B for both single and compound effects.
A numerical study was conducted to improve the performance of an impeller of centrifugal compressor. Nine design variables were chosen with constraints. Only meridional contours and blade profile were adjusted. ANN (Artificial Neural Net) was adopted as a main optimization algorithm with PSO (Particle Swarm Optimization) in order to reduce the optimization time. At first, ANN was learned and trained with the design variable sets which were obtained using DOE (Design of Experiment). This ANN was continuously improved its accuracy for each generation of which population was one hundred. New design variable set in each generation was selected using a non-gradient based method of PSO in order to obtain the global optimized result. After $7^{th}$ generation, the prediction difference of efficiency and pressure ratio between ANN and CFD was less than 0.6%. From more than 1,200 design variable sets, a pareto of efficiency versus pressure ratio was obtained and an optimized result was selected based on the multi-objective function. On this optimized impeller, the efficiency and pressure ratio were improved by 1% and 9.3%, respectively.
Exhaust system of steam turbines consists of an annular diffuser and a collector and connects the last stage turbine and the condenser. The system is used to transfer the turbine leaving kinetic energy to potential energy while guiding the flow from turbine exit plane to the downstream condenser. In the steam turbine exhaust system, distorted pressure profile is arisen by the nonaxisymmetric collector structure at the diffuser outlet, and this distorted pressure is propagated to the last stage LP turbine exit plane through the diffuser, then the last stage LP turbine experiences asymmetric back pressure. It is known that the pressure recovery performance of diffuser is strongly influenced by diffuser inflow condition. In this study, the effect of exhaust system due to the changing of inlet flow condition is observed by using CFD, and the interaction of last stage LP turbine and exhaust system is investigated by using actuator disk model as modeling of turbine blade row of exhaust hood inlet.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.1
no.1
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pp.57-63
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2008
To optimize the stationary components in the multistage centrifugal pump, the effects of the return vane profile on the performances of the multistage centrifugal pump were investigated experimentally, taking account of the inlet flow conditions for the next stage impeller. The return vane, whose trailing edge is set at the outer wall position of the annular channel downstream of the vane and which discharges the swirl-less flow, gives better pump performances. By equipping such return vane with the swirl stop set from the trailing edge to the main shaft position, the unstable head characteristics can be also suppressed successfully at the lower discharge. Taking the pump performances and the flow conditions into account, the impeller blade was modified so as to get the shock-free condition where the incidence angle is zero at the inlet.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.33
no.5
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pp.686-695
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2009
Flow characteristics in linear axial cascade have been studied using large eddy simulation(LES) based on finite element method(FEM) to investigate details of the leakage flow in the tip clearance of axial flow rotor. STAR-CD(FVM) and PAT-Flow(FEM) have been adopted to solve the Navier-Stokes equations for the simulation of the unsteady turbulent flow. Numerical results from the present study have been compared with the existing experimental results to investigate a tip clearance effect on velocity profile and static pressure distribution on blade surface at various spanwise positions. Both simulation results agree well with the experimental data. However, it has been shown that the results of finite-element large-eddy simulation agree better with experimental data than $k-{\varepsilon}$ turbulent model based on finite volume method regarding the tip vortex geometry and static pressure distribution at the center of the tip vortex core. As a result of this study, it is shown that finite-element large-eddy simulation method can predict more exactly on the tip leakage vortex flow and behind flow field.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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