In this paper, the effect of volute area distribution on the performance characteristic curve of a centrifugal pump were numerically studied using a commercial CFD code. To reduce the shutoff head, maintaining head and efficiency at a design flow rate, the flat head-capacity characteristic curves in which the head varies only slightly with capacity from shutoff to design capacity are frequency required. In order to control the shutoff head of a pump, several volute area distributions were proposed as a main parameter with the same impeller geometry. The calculation results show that the characteristic curve of a centrifugal pump can be controlled by modifying the area distribution with the same volute outlet area.
Numerical study of three-dimensional turbulent flow in a forward curved centrifugal fan is presented. Standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model and non-orthogonal curvilinear coordinates arc used to consider the turbulent flow field and complex geometry. Finite Volume approach is adopted for discretization scheme and structured grid system is used to help convergence. Multiblock grid system is used for flow field and divided into five domains that are inlet, outlet, impeller, tip clearance and scroll. It is assumed that the flow field is steady and incompressible. These numerical results are compared with the experimental data inside a rotor and at the fan outlet. Most important flow features are captured through this numerical approach. Finally details of flow field inside a fan are described and analyzed.
New concept of wind energy conversion system is proposed to increase the energy density at a given working space. The quality of wind for wind power generation is depend on its direction and speed. However, the quality is not good on land because wind direction is changeable all the time and the speed as well. The most popularly operated wind turbine system is an axial-flow free turbine. But its conversion efficiency is less than 30% and even less than 20% considering the operating time. In this research, a cross-flow type wind turbine system is proposed with a convergent-divergent duct system to accelerate the low speed wind at the inlet of the wind turbine. Inlet guide vane is also introduced to the wind turbine system to have continuous power generation under the change of wind direction. In here, the availability of wind energy generation is evaluated with the change of the size of the inlet guide vane and the optimum geometry of the turbine impeller blade was found for the innovative wind power generation system.
Three different geometry shapes of the blade leading edge in a centrifugal compressor were investigated in this paper. Numerical simulation was done to analyze the effect of the leading edge shape on the performance of the centrifugal compressor. The result shows that compared to the blunt leading edge, the circular leading edge will raise the chocking mass flow. The pressure ratio and efficiency will increase obviously. Using elliptical leading edge will get a further improvement on the performance than circular leading edge. The analysis of the flow field shows that the leading edge often causes flow separation near the inlet; using circular leading edge and elliptical leading edge will reduce the separation. What's more, using circular and elliptical leading edge will also reduce the wake loss near the outlet of the impeller. In a centrifugal compressor, using circular or elliptical leading edge on the splitter will improve the pressure loading distribution of main blade near the position of the splitter leading, which will increase the pressure ratio.
본 논문에서는 물분사추진기의 성능해석을 위하여 포텐셜을 기저로 한 패널법을 정립하였다. 문제를 수치적으로 표현하기 위하여 임펠러와 고정날개의 날개표면, 그리고 허브와 덕트표변에 법선 다이폴과 쏘오스를 분포하였으며 임펠러와 고정날개에서 방출되는 후연반류면에는 법선다이폴을 분포하였다. 경계면 닫힘조건을 만족하기 위하여 덕트의 입구면과 출구면에는 다이폴과 쏘오스를 분포하였으며, 운동학적 경계조건을 만족하기 위하여 경계면에서의 법선방향의 속도가 영이라는 비침투 조건을 사용하였다. 입구면에서의 전유량이 주어지면 연속방정식을 만족하도록 출구면에서의 쏘오스의 세기가 결정된다. 물체표면을 사각형외 패널로 이산화 하였으며, 적분방정식에 경계조건을 적용함으로써 주어진 형상에 대하여 유일한 해를 구할 수 있다. 체계적인 수치시험을 통하여 본 연구에서 개발한 수치해석방법이 안정적임을 확인하였고 프로그램의 검증을 위하여 물분사 추진기와 유사한 축류송풍기의 형상에 대하여 수치검증을 하였다. 또한, 실제적인 적용을 위하여 선박해양공학센터(KRISO)에서 실험한 물분사추진장치의 실험결과와 비교, 도시 하였다.
Centrifugal pumps consume considerable amounts of energy in various industrial applications. Therefore, improving the efficiency of pumps machine is a crucial challenge in industrial world. This paper presents numerical investigation of flow characteristics in volutes of centrifugal pumps in order to compare the energy consumption. A wide range of volumetric flow rate has been investigated for each case. The standard k-${\varepsilon}$ is adopted as the turbulence model. The impeller rotation is simulated employing the Multi Reference Frames(MRF) method. First, two different conventional design methods, i.e., the constant angular momentum(CAM) and the constant mean velocity (CMV) are studied and compared to a baseline volute model. The CAM volute profile is a logarithmic spiral. The CMV volute profile shape is an Archimedes spiral curve. The modified volute models show lower head value than baseline volute model, but in case of efficiency graph, CAM curve has higher values than others. Finally for this part, CAM curve is selected to be used in the simulation of different cross-section shape. Two different types of cross-section are generated. One is a simple rectangular shape, and the other one is fan shape. In terms of different cross-section shape, simple rectangular geometry generated higher head and efficiency. Overall, simulation results showed that the volute designed using constant angular momentum(CAM) method has higher characteristic performances than one by CMV volute.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제8권1호
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pp.46-54
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2015
Thrust-ring-pump is a kind of extreme-low specific speed centrifugal pump with special structure as numerous restrictions from thrust bearing and operation conditions of hydro-generator units. Because the oil circulatory and cooling system with thrust-ring-pump has a lot of advantages in maintenance and compactness in structure, it has widely been used in large and medium-sized hydro-generator units. Since the diameter and the speed of the thrust ring is limited by the generator set, the matching relationship between the flow passage inside the thrust ring (equivalent to impeller) and oil bath (equivalent to volute) has great influence on hydrodynamic performance of thrust-ring-pump. On another hand, the head and flow rate are varying with the operation conditions of hydro-generator units and the oil circulatory and cooling system. As so far, the empirical calculation method is employed during the actual engineering design, in order to guarantee the operating performance of the oil circulatory and cooling system with thrust-ring-pump at different conditions, a collaborative hydrodynamic design and optimization is purposed in this paper. Firstly, the head and flow rate at different conditions are decided by 1D flow numerical simulation of the oil circulatory and cooling system. Secondly, the flow passages of thrust-ring-pump are empirically designed under the restrictions of diameter and the speed of the thrust ring according to the head and flow rate from the simulation. Thirdly, the flow passage geometry matching optimization between thrust ring and oil bath is implemented by means of 3D flow simulation and performance prediction. Then, the pumps and the oil circulatory and cooling system are collaborative hydrodynamic optimized with predicted head-flow rate curve and the efficiency-flow rate curve of thrust-ring-pump. The presented methodology has been adopted by DFEM in design process of thrust-ring-pump and it shown can effectively improve the performance of whole system.
항공기용 엔진에는 압축기단들 사이에 스트럿을 포함하는 S자형 환형덕트가 존재하기도 한다. 이러한 엔진에서 S자형 덕트를 통과하는 유동은 볼록면과 오목면을 따라 가면서 가속과 감속이 이루어지고, 벽면에서의 경계층 성장으로 인해 유로폐쇄량이 증가한다. 이처럼 S자형 덕트의 영향으로 후방에 존재하는 압축기는 불균일한 축방향 속도분포에 따른 영향을 받게 된다. 따라서, 후방 압축기는 전방에 위치한 S자형 덕트의 영향을 충분히 고려하여 설계하여야 한다. S자형 덕트가 미치는 영향을 고려하여 설계된 원심압축기의 성능을 검증하고, S자형 덕트가 원심압축기 성능에 미치는 영향을 파악해보기 위해 압축기 입구에 S자형 환형덕트를 장착한 경우와 원통형 덕트를 장착한 경우에 대해 각각 성능시험을 수행하였다. 시험결과를 통해 입구에 S자형 덕트가 있는 경우에는 없는 경우보다 압축비 및 효율 등 압축기 성능이 저하되고, 쵸킹유량이 감소함을 알 수 있었다. 이러한 성능저하의 원인을 분석하기 위해 S자형 덕트를 포함하는 임펠러의 유동해석을 수행하였으며, 그 결과 성능저하의 원인은, S자형 덕트와 임펠러의 상호작용으로 설계시 예측했던 것보다 인듀서팁에서 상대마하수가 증가하였고, 영각이 감소하였기 때문임을 확인할 수 있었다.
산화 칼슘 수용액을 통해 이산화탄소를 포집하는 수성 광물 탄산화 공정은 안정적으로 이산화탄소를 고립시킬 뿐 아니라 생성물의 부가 가치를 기대할 수 있는 대표적인 CCU (Carbon Capture & Utilization) 기술이다. 이 공정의 핵심은 고체 반응물인 산화칼슘의 용해 속도를 최대로 높이는 것인데, 이를 위해 반응기 전체에 고체 반응물이 균일하게 분포되도록 혼합하는 적절한 반응기의 설계가 필요하다. 본 논문에서는 하루에 40ton의 이산화탄소 포집이 가능한 파일럿 규모의 광물 탄산화 반응기를 대상으로, 반응기의 내부 구조 설계에 따라 고체 반응물의 분산도가 어떻게 변하는지에 대해 전산 유체 역학적 모델링(Computational Fluid Dynamics (CFD) modeling)을 통해 연구하였다. 교반 탱크 반응기(stirred tank reactor) 형태를 기반으로 외부 구조는 고정한 상태에서 교반기의 종류/갯수/지름/유격/회전 속도, 칸막이의 높이/너비를 변수로 선정하여 다양한 조합의 경우(case)들을 해석하였다. 각 설계 변수에 대한 민감도를 분석함으로써 각 변수의 영향을 파악하고, 중요한 변수를 판별할 수 있었다. 동시에 고체 부피 분율(solid volume fraction)의 높이 방향 표준 편차가 0.001에 가까운 균일한 분포를 만들 수 있는 내부 설계안을 제안하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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