Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.7
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pp.596-604
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2011
To improve the total efficiency of centrifugal compressor, it is necessary to reduce the disk friction loss, which is defined as the power loss. In this study, the disk friction loss due to the axial clearance and the surface roughness effect is analyzed and proposed the new empirical equation for the reduction of the disk friction loss. The rotating reference frame technique and the 2-equation k-${\omega}$ SST model using commercial CFD code FLUENT is used for the steady-state analysis of the centrifugal compressor impeller. According to CFD results, the disk friction loss of the impeller is more affected by the surface roughness than the change of the axial clearance. For the minimization of the disk friction loss on the centrifugal compressor impeller, the magnitude of the axial clearance should be designed to the same size compare with theoretical boundary layer thickness and the surface roughness should be minimized.
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.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2004.04a
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pp.281-286
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2004
The vacuum cleaner motor runs on very high speed for the suction power. Specially, the motive power is provided by the impeller being rotate on very high speed. And centrifugal fan consists of the impeller, the diffuser, and the circular casing. Due to the high rotating speed or the impeller and small gap distance between the impeller and diffuser, the centrifugal fan makes very high noise level at BPF and harmonic frequencies. In order to calculate the sound pressure of centrifugal fan, the unsteady flow data is needed. And Noise cause is dividing to fluid noise by exhaust flow of fan and vibration noise by rotational vibration of vacuum cleaner fan motor. Until now, measuring method has been used to measure vibration by the accelerometer; this method has been not measured for the vibration in some parts of brush and commutator because of motor construction and 3-D vibrating mode. This paper was purposed on the accurate analysis, using laser vibration analyzer,. By using this measured data of noise cause against the difficult part in old times, we would like to use for the design of silent fan motor.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.3
s.168
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pp.46-51
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2005
The vacuum cleaner motor runs at very high speed for suction power. Specially, motor power is provided by the impeller being rotated at very high speed. The centrifugal fan consists of the impeller, the diffuser, and the circular casing. Due to the high rotating speed of the impeller and small gap distance between the impeller and the diffuser, the level of noise in the centrifugal fan is at BPF(Blade Passage Frequency) and its harmonic frequencies. In order to calculate the sound pressure of centrifugal fan, unsteady flow data are needed. The cause of noise is obtained by dividing the fluid noise by exhaust flow of fan and vibration noise by rotational vibration of vacuum cleaner fan motor. Until now, an accelerometer has been used to measure vibration. However, it can not measure vibration in some parts of brush and commutator because of motor construction and 3-D vibrating mode. This study was conducted to perform accurate analysis of vibration and aerodynamic sound for fan motor in a vacuum cleaner using a laser vibration analyzer. A silent fan motor can be designed using the data measured in this study.
Seo, Seoung-Jin;Chen, Xi;Kim, Kwang-Yong;Kang, Shin-Hyoung
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.3
no.1
s.6
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pp.19-27
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2000
A numerical study is presented for analysis of three-dimensional incompressible turbulent flows in a multi-blade centrifugal fan. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with a standard $k-{\espilon}$ turbulence model are discretized with finite volume approximations. The computational area is divided into three blocks; inlet core, impeller and scroll parts, which are linked by a multi-block method. The flow inside of the fan is regarded as steady flow, and the mathematical models for the impeller forces were established from a cascade theory and measured data. Empirical coefficients are obtained comparing between computational and experimental results for the case without scroll, and are employed to simulate the flow through the impeller with scroll. In comparisons with experimental data, the validity of the mathematical models for the impeller forces was examined. The characteristics of the flow in the scroll were also discussed.
The purpose of this study is to design the transonic centrifugal compressor impeller with splitter blades and analyze the flow fields with respect to various splitter blades. Seven impellers with different splitter chord length or pitchwise location were tested by using CFD method. To investigate aerodynamic performance, Mach number distribution and entropy distribution were confirmed. As a result, it is found that the size of transonic region and shock wave location are related to the splitter chord length and pitchwise location. Also the impeller with long chord length of splitter shows higher total pressure ratio but lower efficiency than those of the impeller with short chord length of splitter. In terms of pitchwise location, the impeller with the splitter located in mid-pitch of main blades shows the best performance with respect to pressure ratio and efficiency.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.11
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pp.3573-3588
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1996
The flow through a centrifugal compressor impeller was calculated using the 3-dimensional Navier-Stokes solution method. A control volume method based on a rotating curvilinear coordinate system was used to solve the time-averaged Navier-Stokes equations, and a standard k-.epsilon. model was used to obtain eddy viscosity. Numerical results and experimental data were compared for the overall performance of the impeller, the pressure distributions along the shroud wall and the detailed flowfields at the design and off-design conditions, which showed good coincidence. The flow through the impeller is complex with the curvature of the streamlines and rotation. The development of secondary flows and the jet-wake flow characteristics, which is the main source of flow loss, was discussed. Calculation results show quite different patterns as the flow rate changes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.10
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pp.2617-2629
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1995
The flow through a centrifugal compressor rotor was calculated using the quasi-3-dimensional and fully 3-dimensional Navier-Stokes solution methods. The calculated results, obtained during the development of the computer codes for both methods are discussed. In the inviscid quasi 3-dimensional analysis, stream function formulation was used for the blade to blade (B-B) plane calculations, and the streamline curvature method was used for the meridional (H-S) plane calculations. In the viscous 3-dimensional flow analysis, a control volume method based on a general rotating curvilinear coordinate system was used to solve the time-averaged Navier-Stokes equations, and a standard k-.epsilon. model was used to obtain eddy viscosity. The quasi-3-dimensional analysis reasonably predicts the pressure distributions and requires much less computation time in the region where viscous effects are not strong; however, it fails to predict velocity field and loss mechanism through the impeller passage. The viscous 3-dimensional flow analysis shows reasonable pressure distributions and typical jet-wake flow field through the impeller passage. Secondary flow and total pressure distributions on cross-sectional planes explain the loss mechanisms through the impeller.
A numerical simulation is carried out to investigate the effect of flow rate variation and performance characteristics of double-suction centrifugal pump. Two types of pump which have different impeller inlet breadth and curvature of the shroud line consist of six blades impeller and shroud ring. Finite-volume method with structured mesh and $k-\omega$ Shear Stress Transport turbulence model was used to guaranty more accurate prediction of turbulent flow in the pump impeller. Total head, power and overall efficiency were calculated to obtain performance characteristics of two types of pump according to the variation of flow rate. From the results, impeller having smooth curve along the shroud line obtained good performance. The lower flow rate, the more circulation region, flow unsteadiness and complicate flow pattern are observed. Complicated internal flow phenomena through impellers such as flow separation, pressure loss, flow unsteadiness and performance are investigated and discussed.
In this study, a method for optimal design of impeller shroud for centrifugal compressor using response surface method (RSM) and multi-objective genetic algorithm (MOGA) was studied. Numerical simulation was conducted using ANSYS CFX with various configurations of shroud. Each of the design parameters was divided into 3 levels. Total 15 design points were planned by central composite design (CCD) method, which is one of the design of experiment (DOE) techniques. Response surfaces based on the results of DOE were used to find the optimal shape of impeller shroud for high aerodynamic performance. The whole process of optimization was conducted using ANSYS Design Xplorer (DX). Results showed that the isentropic efficiency, which is the main performance parameter of the centrifugal compressor, was increased 0.4% through the optimization.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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