• 한국유체기계학회 논문집
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• 제19권2호
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• pp.21-26
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• 2016

The objective of present study is to assess the performance of the first stage compressor in a total 3-stage 5000 HP-level turbo compressor. CFD commercial code, CFX has been used to predict three-dimensional flow characteristics inside of the impeller. Shear Stress Transport (SST) model has been used to simulate turbulent flows through Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations. Grid dependency has been also checked to get optimal grid distribution. Numerical results have been compared with the experimental test results to elucidate performance characteristics of the present compressor. In addition, flow characteristics of the impeller only have been studied for various blade configurations. Angular offset in leading edge of the blade has been selected for the optimal blade design. Performance characteristics in region of low mass flow rate and high pressure ratio between the impeller entrance and exit have been investigated for the selection of optimal blade design. Also, flow instability such as stall phenomena has been studied and anti-stall characteristics have been checked for various blade configurations in the operational window.

• 유체기계공업학회:학술대회논문집
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• 유체기계공업학회 1999년도 유체기계 연구개발 발표회 논문집
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• pp.170-178
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• 1999

In general, an impeller of centrifugal turbomachinery is designed at isolated condition without considering the presence of a volute, but when the impeller is operating with its volute, the performance of impeller can be different. This is largely caused by the interaction between the impeller and volute flow fields. The magnitude of distortion is increased as the operating point is away from the design point and, as a result, the interaction between the impeller and volute is stronger. In the present calculation, the flow through the impeller is simulated using coarse grids. The flow within the impeller and the volute is naturally unsteady, but the flow is assumed to be steady across the interface between the volute and impeller flow fields. Under the assumption of steady three-dimensional incompressible turbulent flow, the time averaged N-S equations involving standard k-$\epsilon$ turbulent model was solved by the F.V.M. The calculation results are compared with the experimental results obtained for an industrial fan by Sakai etc. and the Hood agreement is demonstrated. And the effects of the impeller-volute interaction are studied.

• Tribology and Lubricants
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• 제37권1호
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• pp.31-40
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• 2021

This study describes the effects of a thrust labyrinth seal applied to the backside of a centrifugal impeller on the axial thrust force for high speed turbomachinery. The bulk flow model using Neumann's equation calculates the seal cavity pressures and leakage flow rate of the thrust labyrinth seal based on three configurations: teeth-on-rotor (TOR), teeth-on-stator (TOS), and interlocking labyrinth seal (ILS). Prediction results show that the ILS is superior to the TOR and TOS in terms of leakage flow rate. A mathematical model of a centrifugal impeller with a thrust labyrinth seal on its backside calculates the force components corresponding to the impeller inlet, shroud, impeller backside outer, backside seal, and backside inner pressures. A summation of the force components renders the total axial thrust force acting on the centrifugal impeller. The Newton-Raphson numerical scheme iteratively calculates the pressures and leakage flow rate through the impeller wall gap. The prediction results reveal that the leakage flow rate and total axial thrust force increase with rotor speed, and the ILS significantly decreases the leakage flow rate, whereas it slightly increases the axial thrust force when compared to TOR and TOS. Increasing the seal clearance causes an increase in the leakage flow rate and a slight decrease in the axial thrust force with the ILS.

• 한국기계가공학회지
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• 제21권2호
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• pp.101-108
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• 2022

Centrifugal pumps are typically used in many slurry industries to transport solid materials. Solid particles in the slurry frequently shock the walls inside the pump, significantly abrading the flow path. Wear damage causes replacement of the pump components, which wastes manpower and time. Therefore, previous studies have been conducted on factors to improve efficiency and life time. This study identifies trends in pumps supplying lime to desulfurized devices from thermal power plants. The shear stress transport(SST) model is used to determine the erosion trend of the centrifugal pump that transfers lime slurry. The purpose of this study is to identify efficiency and erosion trends by selecting three of the various impeller design elements. The three impeller blade design variables mentioned above represent the inlet draft angle and blade angle of leading edge(L.E) and trailing edge(T.E). The maximum value of the erosion density rate tends to be similar to the Input power.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.341-344
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• 2009

본 연구에서는 허브 대 팁의 비가 큰 원심형 압축기의 성능시험을 수행하였으며, 이를 수치해석 결과와 비교하였다. 압력비의 경우 작동 회전수에서 성능시험과 수치해석의 결과의 경향이 일치하는 것을 확인하였다. 성능시험에서 임펠러의 성능은 매우 높게 나타났으나, 1단 및 2단 디퓨져에서 손실이 발생하여 전체적인 압력비 및 효율이 떨어지는 것을 확인하였다. 수치해석을 통해 내부 유동장을 확인한 결과 1단 디퓨져 및 2단 디스월러에서 격렬한 2차 유동으로 인한 유로차폐효과가 주 손실원인임을 확인하였다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제3권4호
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• pp.44-51
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• 2000

The present study has been conducted to design the high efficiency centrifugal compressor for a R134a turbo-chiller. The centrifugal compressor consists of an impeller with splitters, two vaneless diffusers, a low-solidity vaned diffuser and a volute. A cycle analysis program for a turbo-chiller was developed to obtain compressor design parameters and requirements. We have designed the high efficiency centrifugal compressor by applying the repeated design procedure including a meanline design, a 3D geometry generation and fluid dynamic loading calculations.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권6호
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• pp.3722-3730
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• 2015

하수 처리용으로 사용되는 소형 원심 압축기의 베인 없는 디퓨져와 볼류트 케이싱의 성능 개선을 수행하였다. 기존의 두 모델은 임펠러가 동일하나, 베인 없는 디퓨져의 폭과 길이 및 볼류트 케이싱의 형상은 서로 다르다. 기존 모델에 대한 실험과 유동해석 결과를 바탕으로 베인 없는 디퓨져와 볼류트 케이싱의 설계를 변경하였다. 세 모델에 대한 연구 결과로부터, 볼류트 케이싱의 단면적 및 입구 반경 길이는 볼류트 혀와 베인 없는 디퓨져 및 임펠러와의 상호작용 강도에 영향을 주었고, 시스템 손실량에 변화를 나타내었다. 베인 없는 디퓨져 폭이 감소하면 임펠러의 효율은 증가했지만 디퓨져에서의 손실도 증가하였다. 결과적으로 개선된 모델의 효율이 설계 점에서 기존 대비 약 2.88%p 향상된 것이 유동해석 결과로 확인되었다.

• 한국추진공학회지
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• 제22권4호
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• pp.24-35
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• 2018

원심압축기 임펠러의 블레이드는 임펠러와 디퓨저 베인 간 상호작용에 의해 발생하는 비정상 유동의 공력가진력이 공진조건에서 주기적으로 임펠러를 가진함에 따라 고주기피로 파손이 발생할 수 있다. 이에 대한 정밀한 구조응답 예측을 위해 유동해석과 구조해석을 각기 수행하여 공력가진력과 주요 공진조건을 도출하였다. 이 후 단일방향의 유체-구조 연성 기반의 강제진동 해석을 수행하고, 결과들을 토대로 고주기피로에 대한 구조 안전도를 평가할 수 있는 수치해석 절차를 구축하였다. 본 논문의 수치해석 절차는 임펠러 초기 설계단계에서 고주기피로 문제를 사전에 방지하는데 기여할 것으로 기대된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권5호
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• pp.433-441
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• 2011

원심압축기 임펠러의 최적화연구를 수행하였다. 최적화를 위한 알고리즘은 ANN를 기본으로 하였으며, 초기의 ANN 학습은 DOE를 사용하여 ANN을 효과적으로 형성하였다. DOE에서는 설계변수가 목적함수에 미치는 주효과와 상호 교호작용에 대한 예측을 할 수 있었다. 최적화과정에서 ANN의 향상을 위하여 GA를 사용하여 각 세대에서의 설계변수에 따른 목적함수가 일정값 이하가 되는 경우에는 수치해석을 통하여 ANN을 세대별로 향상시켰다. 6세대 이 후에는 ANN에 의한 예측값과 CFD의 예측값과의 차이가 1% 미만에 도달하였다. 총 21세대를 거쳐서 압축비와 효율과의 pareto를 형성할 수 있었다. 본 연구에서는 최적화를 위한 계산시간을 기울기 기반의 최적화시간 정도로 단축하면서도 다목적함수의 최적화의 결과를 얻을 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권2호
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• pp.147-153
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• 2014

본 연구는 폐수처리용 원심 펌프 설계과정에서 수행하는 3차원 유동해석에 있어서 표면 거칠기를 고려한 해석 결과와 고려하지 않은 해석 결과가 성능 예측에 미치는 영향을 살펴보고자 수행하였다. 이를 위해 비교적 기하학적 형상이 복잡한 폐수처리용 원심펌프의 표면 거칠기 변화가 유동 해석 결과에 미치는 영향을 평가하였다. 그리고 실제 해석 대상 펌프를 사용한 실험 결과 값과 해석 결과 값을 서로 비교 해봄으로써 표면 거칠기를 고려한 펌프의 해석 값과 고려하지 않은 해석 결과 값 차이에 대한 정량적인 분석을 제시하였다. 그 결과, 해석 시 표면 거칠기를 고려한 해석결과는 실험결과와 잘 일치하는 함을 보였으며, 표면 거칠기는 펌프의 성능해석에 약 7% 범위에서 영향을 준다는 것을 확인할 수 있었다.