Meanline analysis method for performance analysis of a multi-stage axial turbine in choking region

다단 축류 터빈에서의 초킹 영역 탈설계 성능 해석을 위한 평균반경 해석법

In general, the choking phenomenon occurs by flow acceleration for a turbine at high pressure ratio condition. In choking condition, total pressure ratio increases without mass flow rate variation. It is hard to predict choking characteristics by using conventional meanline analysis which used mass flow inlet boundary condition. In the present study, the algorithm for predicting choking point is developed to solve the problem. Moreover, performance estimation algorithm after choking is presented by reflecting the flow behaviour of flow expansion at choked nozzle or rotor. The analysis results are compared with 3D CFD analysis and experimental data to validate present method.

일반적으로 다단 축류 터빈은 높은 압력비에서 유동 가속으로 인하여 특정 단에서 초킹 현상이 발생하게 된다. 초킹의 경우 유량 변화 없이 압력비만 증가하게 되며, 이러한 특성을 입구 유량 경계조건을 사용하는 일반적인 평균반경해석법을 이용하여 예측하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 초킹 영역에서의 성능을 예측하는 알고리즘을 재안하였다. 초킹 지점 이후에는 초킹이 발생하는 노즐 혹은 로터 출구 유동이 팽창하는 특성을 반영하여 고정된 유량 조건에서 압력비가 변할 수 있도록 알고리즘을 구성하였다. 이러한 결과를 다단 축류 터빈 전산해석 결과 및 실험결과와 비교하여 신뢰성을 확인하였다.