Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences (한국항공우주학회지)

The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences (한국항공우주학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

A Study of Design of Sidewalls for Cascade Model with Single Blade Within a 160% Pitch Passage

160% 피치의 유로에서 단일익형에 의한 캐스케이드 실험을 위한 벽면의 설계에 관한 연구

  • 조종현 (경상대학교 항공공학과 대학원) ;
  • 김영철 (한국기계연구원) ;
  • 안국영 (한국기계연구원) ;
  • 조수용 (경상대학교 항공기부품기술연구센터)
  • Published : 2009.06.01
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

A cascade apparatus was designed with only one blade. Its passage is a 160% width of the cascade pitch. This kind of apparatus can give more accurate experimental result than those applying multi-blades even though the apparatus is small. However, this causes difficulties to make the periodic condition along the pitchwise direction. In this study, sidewalls were designed to satisfy the periodic condition based on the flow structure using a gradient based optimization and a genetic algorism. The objective function was adopted the surface Mach number obtained on the cascade and fourteen design variables were selected for controlling sidewall shapes. The designed sidewalls using the genetic algorism shows better result.

캐스케이드 실험장치에 한 개의 익형을 설치하여 캐스케이드 실험이 가능한 장치벽면의 설계를 수행하였다. 장치의 폭은 피치의 160% 넓이이다. 이 경우에 실험장치 내에 다수개의 블레이드를 설치하는 경우에 비하여 소형의 장치라도 실험의 정확성이 향상되는 장점이 있지만, 피치방향으로 주기조건을 맞추기가 어렵다. 본 연구에서는 주기조건이 얻어지도록 벽면의 형상설계를 내부유동장의 결과를 바탕으로 기울기기반과 유전자알고리즘의 방식을 사용하여 벽면을 설계하였다. 이를 위하여 목적함수는 캐스케이드 익형의 표면에서 얻어진 마하수를 적용하였으며, 실험장치의 형상 조정이 가능한 14개의 설계변수를 적용하였다. 유전자알고리즘에 의한 최적화 설계방식이 향상된 결과를 보여주었다.

Keywords

References

  1. Dornberger, R., Stoll, P., Buche, D. andNeu, A., "Multidisciplinary TurbomachineryBlade Design Optimization", AIAA Paper No.2000-0838, 2000.
  2. Giess, P. A. and Kost, F., "Detailed Experimental Survey of the Transonic Flow Field in a Rotating Turbine Cascade", 2nd European Conference on Turbomachinery Fluid Dynamics and Thermodynamics, Antwerpenm Belgium, March 3-7, 1997.
  3. Lang, H., Morck, T., and Woisetschlager,J., "Stereoscopic Particle Image Velocimetry in a Transonic Turbine Stage", Exp. Fluids, Vol.32, 2002, pp. 700-709. https://doi.org/10.1007/s00348-002-0427-6
  4. Giel, P. W., Van Fossen, G. J., Boyle, R.J., Thurman, D. R., and Civinskas, K. C.,"Blade Heat Transfer Measurements andPredictions in a Transonic Turbine Cascade",NASA/TM-1999-209296, 1999.
  5. Baughn, J. W., Butler, R. J., Byerley, A.R., and River, R. B., "An ExperimentalInvestigation of Heat Transfer, Transition andSeparation on Turbine Blade at Low ReynoldsNumber and High Turbulence Intensity",ASME Paper No. 95-WA/HT-25, 1995.
  6. Hollen, B. and Jacob, J., "ExperimentalInvestigation of Separation on Low PressureTurbine Blades", AIAA Paper No. 2001-0447, 2001.
  7. Erhard, J. and Gehrer, A., "Design andConstruction of a Transonic Test-TurbineFacility", ASME Paper No. 2000-GT-0480, 2000.
  8. Sanz, W., Gehrer, A., Woisetschlager, J.,Forstner, M., Artner, W., and Jericha, H.,"Numerical and Experimental Investigation ofthe Wake Flow Downstream of a Linear TurbineCascade", ASME Paper No. 98-GT-246, 1998.
  9. Buck, F. A. and Prakash, C., "Design andEvaluation of a Single Passage Test Model toObtain Turbine Airfoil Film Cooling EffectivenessData," ASME Paper No. 95-GT-19, 1995.
  10. Radomsky, R. W. and Thole, K. A.,"Flowfield Measurements for a HighlyTurbulent Flow in A Stator Vane Passage", J.Turbomachinery. Vol. 122, 2000, pp. 252-262. https://doi.org/10.1115/1.555442
  11. Kodzwa, P. M., Elkins, C. L. and Eaton,J. K., "Measurements of Film Cooling Performance in a Transonic Single Stage Passage Model", 2nd International Conferenceon Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, Zambia, 2003.
  12. Ott, P., Norryd, M. and Bolcs, A., "The Influence of Tailboards on Unsteady Measurements in a Linear Cascade", ASME Gas Turbine and Aeroengine Congress, 1998.
  13. 조종현, 조봉수, 김재실, 조수용, “2피치 유로의 캐스케이드 모델을 위한 벽면설계에 관한연구",한국항공우주학회지, 36권 8호, 2008, pp. 797 -806.
  14. 조종현, 안국영, 조수용, “2피치 유로 캐스케이드 실험을 위한 벽면 최적화에 관한연구", 한국항공우주학회지, 36권 10호 2008, pp. 969-978.
  15. Laskowski, G. M., Vicharelli, A., Medic, G.,Elkin, C. J., Eaton, J. K. and Durbin, P. A., "Inverse Design and Experimental Measurements in a Double-Passage Transonic Turbine Cascade Model", J. Turbomachinery, Vol. 127, 2005, pp. 619-626. https://doi.org/10.1115/1.1929810
  16. Kiock, R., Lehthaus, F., Baines, N. C.and Sieverding, C. H., "The Transonic Flow Through a Plane Turbine Cascade as Measuredin Four European Wind Tunnels", J. Engineering for Gas Turbines and Power, Vol.108, 1986, pp. 277-284. https://doi.org/10.1115/1.3239900
  17. Visual DOC Reference Manual Version6.0, Vanderplaats R&D Inc, 2006.
  18. CFX-11, version 11, 2007.
  19. Menter F. R, “Two-Equation Eddy-Viscosity Turbulence Models for Engineering Applications”, AIAA J., Vol. 32, No. 8, 1994,pp. 1598-1605. https://doi.org/10.2514/3.12149