Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.9
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pp.903-913
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2011
A numerical study is carried out to analyze the steady three-dimensional turbulent flow through cylindrical and fan-shaped holes and the film cooling of these holes at low and high blowing ratios. Compressible Reynoldsaveraged Navier-Stokes equations and the energy equation are solved using a finite-volume-based solver, and a shearstress transport model is used as the turbulence closure. The effects of the compound angle, pitch to diameter ratio, and lateral expansion angle of the hole on the film-cooling effectiveness are evaluated by the film-cooling effectiveness. It is observed that the compound angle of the hole enhances the film performance for the cylindrical hole, and a small hole pitch induces interactions between the coolants from the adjacent holes, thus reducing the film-cooling performance.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.53-58
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2008
Film cooling effectiveness on a flat plate was measured with pressure sensitive paint. The pressure sensitive paint(PSP) changes the intensity of its emissive light with pressure and the characteristic was used in film cooling effectiveness measurement. The film coolants were air and nitrogen, and by comparing the intensity of PSP coated surface with each coolant, the film cooling effectiveness was calculated. Three blowing ratio of 0.5, 1, and 2 were tested with two mainstream turbulence intensities. Results clearly showed the effect of blowing ratio and mainstream turbulence intensity. As the blowing ratio increases, the film cooling effectiveness was decreased near the film cooling holes. However, the film cooling effectiveness far downstream from the injection hole was higher for higher blowing ratio. As the mainstream turbulence intensity increased, the film cooling effectiveness was decreased at far downstream from the injection hole.
Two perforated plates are used to investigate local heat/mass transfer characteristics in an impingement/effusion cooling system. A naphthalene sublimation method is conducted to determine the local heat/mass transfer coefficients on the upward facing surface of the effusion plate. The two plates are placed in parallel position with gap distances of 1, 2, 4 and 6 times of effusion hole diameter. The effects of hole arrangements of the plates are studied for staggered, square, and hexagonal arrays. The experiments are conducted at Reynolds number of 10,000 based on the effusion hole diameter. The results show that the smaller hole size in the staggered array has the higher transfer coefficients on the stagnation region due to the formation of higher momentum flows through the impingement holes. In the square array, heat/mass transfer on the target plate is more uniform as the number of impingement holes increases. High and uniform heat/mass transfer coefficients are obtained in the hexagonal array.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.2
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pp.150-159
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2010
Laidback fan shaped film-cooling hole is formulated numerically and optimized with the help of three-dimensional numerical analysis, surrogate methods, and the multi-objective evolutionary algorithm. As Pareto optimal front produces a set of optimal solutions, the trends of objective functions with design variables are predicted by hybrid multi-objective evolutionary algorithm. The problem is defined by four geometric design variables, the injection angle of the hole, the lateral expansion angle of the diffuser, the forward expansion angle of the hole, and the ratio of the length to the diameter of the hole, to maximize the film-cooling effectiveness compromising with the aerodynamic loss. The objective function values are numerically evaluated through Reynolds- averaged Navier-Stokes analysis at the designs that are selected through the Latin hypercube sampling method. Using these numerical simulation results, the Response Surface Approximation model are constructed for each objective function and a hybrid multi-objective evolutionary algorithm is applied to obtain the Pareto optimal front. The clustered points from Pareto optimal front were evaluated by flow analysis. These designs give enhanced objective function values in comparison with the experimental designs.
In the present work, a parametric study on double-jet film-cooling has been carried out to enhance the film-cooling effectiveness using three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis. The shear stress transport turbulence model is used as the turbulence closure. The lateral ejection angles and the lateral and streamwise distance between the centers of the cooling holes are chosen as the geometric parameters. The spatially averaged film-cooling effectiveness averaged over an area of 8 hole diameters in width and 30 hole diameters in streamwise length is used to evaluate the performance of film-cooling. The parameter of the lateral distance has the largest impact on the film cooling effectiveness compared to the others. On the other hand, the parameter of streamwise distance gives the least influence on the film cooling effectiveness.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.8
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pp.54-61
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2003
The first stage rotating blade of industrial gas turbine is one of the components that is normally run in exposed state at the highest temperature of the combustion gas stream. For this reason superior materials and advanced cooling technology are required to allow higher heat resisting characteristics of the component. The 1st stage blade of a selected commercial gas turbine blade made of directionally solidified Ni-based superalloy has a row of cooling holes on its trailing edge. In most cases, minor cracks have been found at some of the root cooling holes after one cycle operation (24,000 hrs) or even shorter operation time because of the high temperature gradient and the frequently alternating thermal stress. In the repair process, unfortunately, it is usually very difficult to get rid of the damage due to the fact that cracks are initiated at the root cooling hole and propagated deep into the hole. In this study, the feasibility of removing the sidewall cracks in the hole by utilizing EDM drilling has been investigated. Also the criteria of surface integrity for EDM drilling were established to achieve high quality repair as well as machining accuracy.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.7
no.2
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pp.15-22
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2003
Computational study using the 2-dimensional, compressible, Navier-Stokes equations is performed to predict the discharge coefficient of air flow through a film-cooling hole. In order to investigate the effect of internal/external flows on discharge coefficient, the present computational results which are obtained for three flow cases, only external flow, only internal flow, and no flow, are compared with experimental ones. It is found that the computational results predict the discharge coefficient of the film-cooling hole in a reasonable accuracy and the external crossflow reduces the discharge coefficient, while the internal crossflow increases the discharge coefficient in a range of momentum flux ratio $I_{c-jet}$ > 1 due to the total pressure loss and boundary layer effect.
The effect of air vent holes, stacking methods of boxes and clearance between boxes on static pressure drop, were measured to design of pressure cooling system. Static pressure drops in air vent hole of carton box were measured for different hole opening ratio from 1% to 5%. Static pressure drop was expressed as a function of superficial velocity as second-degree polynomial. At given static pressure in plenum chamber, static pressure drop in boxes was shown as second-degree polynomial of the number of carton box in series stacking method, as first-degree polynomial in height and parallel stacking method. In pressure cooling of 24 boxes of Tsugaru apple, air flow rates through clearance between the boxes were shown 1.27 and 1.65 times than those of through the inside of boxes at the plenum pressure of 10mmAq and 20mmAq, respectively.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.7
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pp.1851-1865
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1994
The objective of the present study is to predict the film cooling effectiveness by a row of holes at various injection ratios and injection angles. Numerical calculations have been performed to investigate the characteristics of flow and temperature distributions in a region near the down-stream of injection hole including the region of adverse pressure gradient. The elliptic turbulent 3-dimensional governing equations with variable thermal properties using the low-Reynolds number k-$\bar{varepsilon}$ model was solved by SIMPLE algorithm. The results showed that the presence of adverse pressure gradient and secondary vortex in the region near the downstream of injection hole induces large temperature gradent. The $45^{\circ}$ injection has higher averaged film cooling effectiveness than $60^{\circ}$ injection. But neverthless the $90^{\circ}$ injection has greater deviation from a flat plate than $45^{\circ}$ and $60^{\circ}$ injection, the $90^{\circ}$ injection has higher averaged film cooling effectiveness than $45^{\circ}$ and $60^{\circ}$ injection in the region near the downstream of injection hole.
Kim, TaeWoo;Kim, JeongJu;Park, Hee Seung;Ju, Won-Gu;Im, Ju Hyun;Cho, Hyung Hee
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.24
no.1
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pp.47-57
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2020
The present study investigates to improve the film cooling performance on the vane endwall. Numerical simulation was conducted to analyze film cooling characteristics on the vane endwall. Six different hole arrangements were designed considering flow characteristics on the endwall. The results showed that the film cooling effectiveness was low on the pressure side and nozzle throat in the base case, because coolant was deflected from the pressure side to the suction side. On the other hand, when the holes were installed near the pressure side, the film cooling effectiveness was enhanced on the pressure side and nozzle throat, because the coolant was less affected by cross flow. Therefore, the film cooling effectiveness increases about 16% compared to the base hole arrangement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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