• 항공우주기술
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• 제1권1호
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• pp.163-172
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• 2002

액체로켓용 터보펌프시스템의 주요한 구성품의 하나로서 고압 터보펌프의 구동에 사용되는 터빈시스템 설계에 대한 연구가 수행되었다. 터빈시스템은 가스발생기에서 발생된 고온/ 고압의 연소가스의 운동에너지를 펌프를 구동시킬 수 있는 기계적 에너지로 전환하는데, 노즐을 통해 연소가스의 운동 에너지를 증가시켜 펌프와 동일 축으로 연결된 동익을 회전시킨다. 액체로켓엔진의 시스템설계의 결과로 주어지는 압력비, 일량, 입구온도, 입구압력 등의 요구조건하에, 이를 만족시키는 터빈 시스템(노즐 및 동익)의 설계연구가 수행되었다. 터빈시스템은 입/ 출구 압력비에 따라서 개방형(Open Type)과 밀폐형(Closed Type)으로 나눌 수 있는데, 개방형의 경우 높은 압력비와 소량의 유량을 필요로 하며 충격형(Impulse Type)의 동익이 사용되며, 낮은 압력비와 다량의 유량을 필요로 하는 밀폐형의 경우 반동형(Reaction Type)의 동익이 사용된다. 시스템의 단순화 및 효율화를 위해서 본 연구에서는 개방형 터빈시스템이 채택되었으며, 특히 개방형 터빈의 특징인 소량의 유량이 터빈을 구동하므로 효율을 증가시키기 위해서 부분분사노즐(Partial Admission Nozzle)이 채택되었으며, 이의 효율에 미치는 영향이 연구되었다. 공기역학적 이론과 실험에 근거한 이론이 사용되었으며, 차후에 항공우주연구원에서 터빈 상사시험을 통하여 본 연구에 적용된 설계를 검증하고자 한다.

• 한국추진공학회지
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• 제14권3호
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• pp.61-68
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• 2010

본 연구에서는 가스터빈 연소기의 고공환경 모사 점화 성능 시험을 목적으로 소형 고공환경 모사 시험 설비를 구축하였고 이에 대한 성능 실험을 수행하였다. 고공환경 조건인 저압 환경 구현을 위해서는 초음속 디퓨저를 사용하였고, 저온 환경 구현을 위해서는 드라이아이스를 냉각제로 사용한 열교환기를 사용하였다. 저압 환경 구현 성능 실험 결과 연소기로 20g/s의 공기 공급 상태에서도 연소기 내부에 고도 약 6,100m에 해당하는 저압 환경 구현이 가능한 것을 확인하였다. 또한 저온 환경 구현 성능 실험 결과 연소실 내부에 고도 6,100m 이상의 저온 환경 구현이 가능한 것을 알 수 있었으며, 상온공기와 냉각공기의 혼합율 조절로 다양한 고도의 저온 환경 구현이 가능한 것을 확인하였다.

• 에너지공학
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• 제12권1호
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• pp.1-10
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• 2003

가압유동층 연소 유닛은 1~1.5 MPa, 연소 온도 850~87$0^{\circ}C$ 조건으로 운전된다. 가압 석탄 연소 시스템은 전열관을 통한 열전달로 증기를 생산하며 가스터빈으로 공급될 고온 가스를 생산한다. 가스 중의 고체 잔류물에 의한 가스터빈의 성능 저하 때문에 가스 정제가 매우 중요하며 석탄과 흡수제 및 연소 공기를 가압하여야 하고 배가스와 회 제거 시스템에서는 감압을 해야 하기 때문에 운전이 다소 복잡하다. 증기터빈 대 가스터빈에서 생산되는 전력의 비율은 약 80:20이고 모든 부하 범위에서 연소기와 가스터빈이 서로 적절히 조화를 이루어야 하기 때문에 PFBC와 복합 사이클 발전 루트는 독특한 제어 방식을 갖는다. 유동층에 적용할 수 있는 가스의 최대 온도는 회 융점에 의해 제한을 받기 때문에 가스터빈은 일반 가스터빈에 비해 좀 특별하다고 할 수 있다. 회의 용융이 일어나지 않도록 하기 위한 최대 허용 가스 온도는 약 90$0^{\circ}C$이다. 가스터빈의 높은 압력비 때문에 압축시 인터쿨링을 사용하며 이는 상대적으로 낮은 터빈 입구의 온도를 상쇄하기 위한 것이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권6호
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• pp.397-402
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• 2016

원자력 발전소와 화력 발전소에서는 양질의 전기를 생산하기 위해서는 발전기에 연결된 고압 및 저압 증기터빈에 최적량의 증기를 공급하여야 한다. 터빈에 증기를 공급하거나 차단하는 특수한 밸브인 터빈출력제어장치를 사용하고 있으며, 이 터빈출력제어장치는 유압서보 액추에이터로 구동 된다. 발전소에서는 유압시스템에서 생성되는 기체로 인하여 유압서보 액추에이터의 성능이 저하되거나, 생성된 기체가 압축되면서 발생하는 열로서 씰을 태우고 마모를 증가시켜서 빈번한 고장이 유발된다. 일부 발전소에서는 고정형 오리피스를 사용하여 공기를 배출하고 있지만 많은 유량배출에 따른 동력 손실과 빈번하게 작동되는 펌프, 전기모터 및 밸브 등의 고장을 발생시킨다. 본 연구에서는 기존의 고정형 오리피스와 같이 초기에 많은 량의 공기를 배출하고 정상운전에서는 매우 미세한 유량만 통과 시킬 수 있는 부하 감응형 공기 배출밸브를 모델링하고 해석하여 장착함으로서 유압서보 액추에이터의 제어 정밀성 확보와 기체 압축으로 인한 고장을 방지할 수 있게 하였다.

• 항공우주기술
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• 제4권1호
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• pp.18-24
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• 2005

가스터빈엔진에서 압축기가 사용하는 에너지는 터빈에서 생성하는 에너지의 30-50%까지도 이르기 때문에 압축기의 일을 줄이는 연구는 가스터빈의 효율을 증가시키는 문제와 연관된 중요한 연구주제이다. 압축기의 일을 줄이는 한 가지 방법으로 압축기의 입구에 물입자를 분사하는 방법이 제안되었는데, 이 방법은 물입자가 증발하면서 압축기 출구의 온도를 낮추어서 결과적으로 압축과정에 소요되는 에너지를 줄일 수 있는 방법이다. 이전까지의 연구는 열역학적 해석에 집중하여 온도 및 일의 감소를 해석하거나, 실험에 근거하여 가스터빈의 성능변화에 집중되었다. 본 논문에서는 물분사의 영향을 마이크로 터빈용 원심 압축기에 적용하여 열역학적 해석 뿐 아니라 공력학적 해석을 수행하였다. 물을 분사할 경우 공기압축과정보다 임펠러 출구 유동각이 줄어들었으며, 증발율이 높을수록 유동각 감소가 증가하였고, 압력비가 낮을수록 유동각 감소가 증가하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제12권4호
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• pp.63-77
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• 2008

본 논문에서는 가스터빈에서의 연소불안정 현상과 그 메커니즘에 대해 살펴보았다. 연소불안정 연구를 위한 접근 방법이 논의되었고 전 세계 연소불안정 관련 연구그룹들의 최신 연구동향이 소개되었다. 현재까지도 연소불안정현상은 기관의 성능, 내구성, 작동 등에 영향을 미치는 중요한 문제 중의 하나이다. 덧붙여 가스터빈기관에서 연소불안정 현상은 공기 또는 연료의 섭동과 열방출율 사이의 상호 중첩된 결과로 알려져 있으며, 이는 NOx 감소 전략과도 관련이 있다. 따라서 연소불안정 연구에 대한 현황을 이해하기 위하여 가스터빈에서의 연소불안정 현상에 대하여 정리하여 보았다.

• 한국추진공학회지
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• 제11권3호
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• pp.20-28
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• 2007

압축기의 써지 현상을 관찰하는 가장 쉬운 방법의 하나로는 부분품의 성능특성도상에 정적 그리고 동적 운용 특성을 나타내는 것이 될 수 있다. 이 경우 엔진의 작동범위가 써지 범위에 의하여 제한될 것이고 따라서 엔진은 엔진의 정적 또는 과도 성능의 전 과정에 걸쳐 일정한 써지 한계를 갖도록 요구되고 있다. 로터의 극관성 모멘트, 닥트 내 공기/가스의 용적 그리고 열전달 효과 등은 엔진의 작동이 정적 특성으로부터 일탈하게 되는 주요 요소들이다. 시스템 내에서 열교환기가 존재하는 경우처럼 큰 용적의 경우 그것은 동적 작동 특성에 상당한 영향을 주게 될 것인데 본 논문에서는 보조동력기관으로 사용되는 마이크로터빈의 예를 들어 엔진의 과도성능 특성에 압축기의 출구에서 추출되는 냉각공기가 미치는 영향을 조사코자 하였다. 질량 및 일 그리고 회전수 일치 법칙에 근거하여 터빈을 흐르는 가스 유량, 압력비, 회전 속도, 동력 그리고 모멘트가 계산되었다. 본 연구의 결과는 제어시스템 설계를 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다. 이러한 과도 성능을 계산하기 위한 프로그램을 개발을 위해서 상업용 MathCAD 소프트웨어를 사용하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제25회 추계학술대회논문집
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• pp.437-444
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• 2005

본 연구는 연료-공기 혼합정도가 불안정 화염 구조와 NOx 배출 특성에 미치는 영향을 조사하기 위해 대기압, 모형 가스 터빈 연소기에서 실험을 수행하였다. 선회각은 $45^{\circ}$이며, 연료-공기 혼합정도는 당량비 0.53에서 0.79 범위에서 0, 50, 100%로 변화시켰다. 화염구조를 파악하기 위해, 당량비 0.79에서 ICCD를 사용하여 위상 동기화된 OH 자발광 이미지를 취득하였다. NOx 배출은 각 상기 실험조건에서 NOx 분석기를 이용하여 취득하였다. 위상에 대한 $OH^*$ 이미지를 취득함으로써 연료-공기 혼합정도가 화염의 구조에 미치는 영향을 확인할 수 있었다. 또한 국소 열방출의 특성을 통해, 연료-공기 혼합정도에 따른 연소불안정이 발생하거나 소멸되는 영역에 대한 정보를 얻을 수 있었으며, 혼합정도에 따른 NOx 농도를 측정함으로써 희박 연소 영역에서는 $\sigma$가 커질수록 NOx 발생이 적음을 확인할 수 있었다. 이런 결과들은 연소불안정 현상의 메카니즘을 이해하는데 중요한 기초자료로 사용될 것으로 기대된다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
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• pp.235-240
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• 2010

분출냉각은 높은 압력과 온도의 가혹한 환경에서 운용되는 액체로켓과 공기흡입식 엔진을 위한 가장 효과적인 냉각방법이다. 연소기 라이너와 터빈 베인은 다공질 벽면을 통과하는 냉각재(공기 또는 연료) 뿐만 아니라 차단막으로 작용하는 공기에 의해 냉각된다. 그러나 이의 실용화는 유용한 다공질 재료의 제한에 의해 방해를 받아왔다. 벽면 내에서 내부 열전달을 증가시키는 보다 현실적인 방법을 찾는 노력을 통해 Lamilloy$^{(R)}$ 및 Transply$^{(R)}$와 같은 다층 기공 구조물을 개발하게 되었다. 본 논문은 액체로켓, 가스터빈 및 스크램제트의 추진기관 적용을 위한 분출냉각의 최근 연구동향을 고찰하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.242-252
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• 2018

진동수주형의 파력발전구조물(OWC-WEC)는 파랑에너지 흡수장치 중에 가장 효율적인 것으로 알려져 있다. 이 장치는 공기실 내부에서 해수면의 상 하운동을 공기흐름으로 변환하고, Wells 터빈으로 대표되는 터빈의 구동력으로부터 전기에너지가 생산된다. 따라서, 높은 전기에너지를 얻기 위해서는 공기실 내부에서의 수면변동에 피스톤모드의 공진을 유발시켜 수면진동을 증폭시킬 필요가 있다. 본 연구에서는 해수소통구를 구비한 신형식의 OWC-WEC를 상정하고, 구조물에 의한 파랑변형, 공기실 내에서 수면변동과 노즐에서 공기유출속도 및 해수소통구에서 해수흐름속도를 수치해석적으로 상세히 평가한다. 수치해석모델은 Navier-Stokes solver의 혼상류해석기법에 기초한 공개 CFD code인 OLAFLOW 모델을 적용하며, 모델의 타당성을 검증하기 위하여 기존의 실험결과 및 수치해석결과와를 비교 논의한다. 본 연구의 범위 내에서 Ursell수가 커질수록 노즐에서 공기흐름속도가 증가하며, 공기실 내부에서 외부로 유출되는 공기속도가 외부에서 공기실 내부로 유입되는 공기속도보다 더 크다 등의 중요한 사실을 알 수 있었다.