International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.2
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pp.212-224
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2018
The characteristics of the relationship between the evolution of propeller trailing vortex wake and skew angle are numerically examined based on four different five-blade David Taylor Model Basin (DTMB) model propellers with different skew angles. Numerical simulations are based on Reynolds-averaged Naviere-Stokes (RANS) equations combined with SST $k-{\omega}$ turbulence model. Results show that the contraction of propeller trailing vortex wake can be restrained by increasing skew angle and loading conditions, and root vortices fade away when the propeller skew angle increases. With the increase of the propeller's skew angle, the deformation of the hub vortex and destabilization of the tip vortices are weakening gradually because the blade-to-blade interaction becomes weaker. The transition trailing vortex wake from stability to instability is restrained when the skew increases. Furthermore, analyses of tip vortice trajectories show that the increasing skew can reduce the difference in trailing vortex wake contraction under different loading conditions.
Ma, Juan;Yue, Peng;Du, Wenyi;Dai, Changping;Wriggers, Peter
Structural Engineering and Mechanics
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v.83
no.3
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pp.293-304
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2022
In this work, a novel reliability approach for combined high and low cycle fatigue (CCF) estimation is developed by combining active learning strategy with least squares support vector machines (LS-SVM) (named as ALS-SVM) surrogate model to address the multi-resources uncertainties, including working loads, material properties and model itself. Initially, a new active learner function combining LS-SVM approach with Monte Carlo simulation (MCS) is presented to improve computational efficiency with fewer calls to the performance function. To consider the uncertainty of surrogate model at candidate sample points, the learning function employs k-fold cross validation method and introduces the predicted variance to sequentially select sampling. Following that, low cycle fatigue (LCF) loads and high cycle fatigue (HCF) loads are firstly estimated based on the training samples extracted from finite element (FE) simulations, and their simulated responses together with the sample points of model parameters in Coffin-Manson formula are selected as the MC samples to establish ALS-SVM model. In this analysis, the MC samples are substituted to predict the CCF reliability of turbine blades by using the built ALS-SVM model. Through the comparison of the two approaches, it is indicated that the reliability model by linear cumulative damage rule provides a non-conservative result compared with that by the proposed one. In addition, the results demonstrate that ALS-SVM is an effective analysis method holding high computational efficiency with small training samples to gain accurate fatigue reliability.
To establish an the mass production system of grape anthocyanin pigments through callus and cell suspension culture, the effects of various combinations of auxins and cytokinins on friable callus production were studied. for friable callus production, 2,4-D was superior to other regulators. IAA at 2 mg/L induced callus from stem and petiole while NAA resulted in rooting. Callus induction rate increased with the 2,4-D level, and stem segments were superior to leaf blade or petiole, showing nearly 100% with 1 and 2 mg/L 2,4-D from petiole and stem. Combined treatments of 2,4-D + kinetin and NAA + BA also yielded friable callus from stem segments. In treatments with 1 mg/L 2,4-D + 1 mg/L kinetin and 1 mg/L NAA + 1 mg/L BA, callus induction rate was nearly 100%. The combination effect of 2,4-D and BA on anthocyanin production was not significant.
Journal of the Korean Society of Mechanical Technology
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v.13
no.1
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pp.41-47
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2011
In this study, the structural analysis of cooling fan is combined with 3-D flow analysis by using CFD on fluid domain. The smoothly cooling flow with optimum design of cooling parts is essential at automotive combustion engine. The fan shape is modeled with three kinds of shape by varying the radius of the fan blade. By the results of analysis, the flow at Model I is more uniform than Model II or III. And the displacement at Model I is less than Model II or III. As the flow resistance of cooling fan at Model I decreases more than Model II or III, the efficiency becomes better.
The characteristics of boundary layers have significant effects on the aerodynamic forces and vibration of the wind turbine blade. The incorporation of active trailing edge flaps (ATEF) into wind turbine blades has been proven as an effective control approach for alleviation of load and vibration. This paper is aimed at investigating the effects of external trailing edge flaps on the flow pattern and velocity distribution within a boundary layer of a NREL 5MW reference wind turbine, as well as designing a new type of velocity sensors for future validation measurements. An aeroelastic-aerodynamic simulation with FAST-AeroDyn code was conducted on the entire wind turbine structure and the modifications were made on turbine blade sections with ATEF. The results of aeroelastic-aerodynamic simulations were combined with the results of two-dimensional computational fluid dynamic simulations. From these, the velocity profile of the boundary layer as well as the thickness variation with time under the influence of a simplified load case was calculated for four different blade-flap combinations (without flap, with $-5^{\circ}$, $0^{\circ}$, and $+5^{\circ}$ flap). In conjunction with the computational modeling of the characteristics of boundary layers, a bio-inspired hair flow sensor was designed for sensing the boundary flow field surrounding the turbine blades, which ultimately aims to provide real time data to design the control scheme of the flap structure. The sensor element design and performance were analyzed using both theoretical model and finite element method. A prototype sensor element with desired bio-mimicry responses was fabricated and validated, which will be further refined for integration with the turbine blade structures.
Park, Jae-Won;Kim, Hong-Il;Han, Jae-Hung;Kim, Do-Hyung;Song, Keun-Woong
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.5
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pp.442-450
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2011
A measurement system using stereo pattern recognition (SPR) method was configured to measure the rotor blade deformations and motions. An SPR-based measurement system was prepared using six stereo cameras. Through a series of experiments to evaluate the system measurement uncertainty, it was verified that the SPR system had less than 0.2mm standard uncertainty. The combined standard uncertainties for the lead-lag, flapping, and pitching motions were estimated as 0.296mm, 0.209mm, and $0.238^{\circ}$, respectively. The SPR system was installed at a general small-scaled rotor test system at Korea Aerospace Research Institute. The blade motions and elastic deformation were successfully measured under the conditions with rotating speeds of 360rpm or 589rpm, and collective pitch angles of $0^{\circ}$, $4^{\circ}$, or $6^{\circ}$. The advantages of the SPR system was analyzed in comparison with the measurement system used in Higher Harmonic Control Aeroacoustic Rotor Test -II.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.11
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pp.1025-1032
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2010
Gas turbine compressor blades used in a combined cycle power plant are possibly damaged and fractured during their operation. There are two possible causes of the failure of compressor blades; one is a defect of material quality which can be detected through some microscopic inspections for the fracture section, the other is high cycle fatigue problem caused by vibration and can be diagnosed by carrying out dynamic characteristics analysis for the blades. In this paper, in order to determine the cause of the failure of compressor blades in a combined cycle power plant, examination of the fracture section and the propagation mechanism of the crack via stress analysis are performed. Dynamic characteristics analysis via FRF estimation is also performed to identify the cause of failure.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.2
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pp.171-179
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2012
Cooling of hot sections, especially the turbine nozzle and rotor blades, has a significant impact on gas turbine performance. In this study, the influence of precooling of the cooling air on the performance of gas turbines and their combined cycle plants was investigated. A state-of-the-art F-class gas turbine was selected, and its design performance was deliberately simulated using detailed component models including turbine blade cooling. Off-design analysis was used to simulate changes in the operating conditions and performance of the gas turbines due to precooling of the cooling air. Thermodynamic and aerodynamic models were used to simulate the performance of the cooled nozzle and rotor blade. In the combined cycle plant, the heat rejected from the cooling air was recovered at the bottoming steam cycle to optimize the overall plant performance. With a 200K decrease of all cooling air stream, an almost 1.78% power upgrade due to increase in main gas flow and a 0.70 percent point efficiency decrease due to the fuel flow increase to maintain design turbine inlet temperature were predicted.
Ryu, Tomohiro;Kanemaru, Takashi;Kataoka, Shiro;Arihama, Kiyoshi;Yoshitake, Akira;Arakawa, Daijiro;Ando, Jun
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.2
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pp.406-417
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2014
This paper presents a numerical optimization method to improve the performance of the propeller with Turbo-Ring using real-coded genetic algorithm. In the presented method, Unimodal Normal Distribution Crossover (UNDX) and Minimal Generation Gap (MGG) model are used as crossover operator and generation-alternation model, respectively. Propeller characteristics are evaluated by a simple surface panel method "SQCM" in the optimization process. Blade sections of the original Turbo-Ring and propeller are replaced by the NACA66 a = 0.8 section. However, original chord, skew, rake and maximum blade thickness distributions in the radial direction are unchanged. Pitch and maximum camber distributions in the radial direction are selected as the design variables. Optimization is conducted to maximize the efficiency of the propeller with Turbo-Ring. The experimental result shows that the efficiency of the optimized propeller with Turbo-Ring is higher than that of the original propeller with Turbo-Ring.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.9
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pp.1249-1259
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2002
The present study investigates the convective heat/mass transfer inside a cooling passage of rotating gas-turbine blades. The rotating duct has various configurations made of ribs with 70。 attack angle, which are attached on leading and trailing surfaces. A naphthalene sublimation technique is employed to determine detailed local heat transfer coefficients using the heat and mass transfer analogy. The present experiments employ two-surface heating conditions in the rotating duct because the surfaces, exposed to hot gas stream, are pressure and suction side surfaces in the middle passages of an actual gas-turbine blade. In the stationary conditions, the parallel rib arrangement presents higher heat/mass transfer characteristics in the first pass, however, these characteristics disappear in the second pass due to the turning effects. In the rotating conditions, the cross rib present less heat/mass transfer discrepancy between the leading and the trailing surfaces in the first pass. In the second pass, the heat/mass transfer characteristics are much more complex due to the combined effects of the angled ribs, the sharp fuming and the rotation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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