• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제25회 추계학술대회논문집
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• pp.220-223
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• 2005

본 연구에서는 러시아, 미국, 유럽, 일본의 가스발생기 사이클 엔진 시스템 설계인자를 조사하여 비교 검토하였다. 연소기의 특성속도, 연소기 분사기 차압, 터보펌프 토출압, 펌프효율, 터빈의 비출력 등의 설계인자를 비교한 결과 연소기의 특성속도는 1700-1770 m/s, 분사기차압은 4-10bar, 터보 펌프 토출압은 연소기 압력의 120-230%, 펌프효율은 60-80%, 터빈의 비출력은 $0.28-0.58MW{\cdot}s/kg$의 범위에 있다. 터빈 입구의 가스온도는 터빈의 비출력과 밀접한 관련이 있으며 터빈재질로 인한 한계를 고려하여 결정되어야 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.361-363
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• 2008

탄소 개질반응은 $1200^{\circ}C$(도1) 이상에서 모든 탄화물질과 수분 또는 $CO_2$ 사이에서 흡열/환원반응이 일어나서 합성가스를 생성한다. 개질반응로는 산화반응로와 연결되어, 수소가스와 CO 가스의 혼합인,합성가스가 산화반응로 내에서 산소가스와 연소하여 열과 $H_2O+CO_2$를 생성하여 환원 반응로 내로 유입되어, 환원 반응로를 $1200^{\circ}C$ 이상으로 유지하고, $H_2O$와 $CO_2$는 석탄 속의 모든 탄소를 CO로 개질한다(도2). 동시에 수소가스가 생성되어 합성가스를 생성하게 된다. 석탄 속의 비탄소 물질인 슬래그(Slag)는 개질로 내에 남게 되는데, 개질로를 슬래그 융점(non-fluid point) 이하에서 고체상태로 포집함으로서 Fly-ash로 처리된다. 개질로 내의 온도를 $1200{\sim}1300^{\circ}C$(석탄 슬래그 융점)로 유지함으로서 개질반응이 지속되어 합성가스가 생성된다. IGCC 시스템에서는 합성가스를 가스터빈 속에서 $O_2E가스와 연소하여 고온의 가스를 생성하여 터빈을 가동해 발전을 하고 배출가스를 $1500{\sim}1700^{\circ}C$에서 배출한다. 재래식 IGCC(도4)에서는 ${\sim}1500^{\circ}C$의 배출가스를 열교환 시스템에 의해 증기를 생성하여 Steam turbine(증기터빈)을 가동하여 추가 전력을 생산했다. 그러나 본 시스템에서는 배출가스(증기와 $CO_2E 가스)를 위의 개질로에 유입하여 개질로 온도를 $1200{\sim}1300^{\circ}C$로 유지함으로서 더 많은 합성가스를 생성 하게 된다(도3). 이렇게 하여 Oxidation-reduction cycle을 형성하게 된다. 새로운 IGCC 시스템에서 가스 터빈의 배출가스가 석탄 개질로에 연결되고 석탄개질로의 합성가스 출구가 가스터빈의 가스 입구에 연결됨으로서,외부에너지 주입 없이 지속 가능한 가스화 반응과 터빈 사이클(Cycle)을 완성하여 IGCC 시스템의 석탄 열효율을 1단계 상승시켰다. 이렇게 설계된 석탄가스화기는 Lurgi형 석탄가스화 기와 달리 석탄개질반응의 효율을 높일 수 있고, 슬래그 처리가 간단하기 때문에 석탄가스화기가 소형화 될 수 있으며 슬래그(Slag)용융에 따른 석탄가스화기의 외벽손상을 피할 수 있다.

• 한국추진공학회지
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• 제2권2호
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• pp.74-82
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• 1998

복합발전 사이클은 가스터빈이나 스팀터빈으로부터의 출력을 이용하여 전개를 생산하기 위한 발전기를 구동시키고 배영회수기로부터 나온 증기를 스틸터빈에서 팽창시킴으로서 부가적인 동력을 얻는 장치를 가리킨다. 보통 가스터빈 배기로 부터의 온도는 $400{\sim}650^{\circ}C$정도로서 배열회수기에서 효과적으로 스팀을 생산할 수 있는 수준의 온도이다. 복합 사이클은 일반적으로 상부사이클과 하부사이클로 구분하는데 대부분의 열에너지 공급이 이루어지는 상부사이클을 브레이돈사이클 이라하며 브레이돈사이클에서 소비되는 에너지는 보다 낮은 온도 수준인 하부사이클에서 회수된다. 이러한 복합사이클은 최근 들어 더욱 보편적으로 적용되고 있는데 그 이유는 첫째, 가스터빈이나 스팀터빈이 독자적으로도 충분히 기술적인 검증을 받은 열기관으로서 초기에 비해 개발비가 저렴해졌다는 데 있고, 둘째, 작동유체인 공기가 $1000^{\circ}C$ 이상에서도 별다른 문제없이 적용될 수 있는 안전한 유체이고 비용이 전혀 들지 않는다는 점이다. 그 뿐 아니라 스팀터빈에 사용되는 물도 중저온에서 매우 저가로 공급할 수 있고 쉽게 공급이 가능하다는 이점으로 하부사이클에의 적용이 매우 양호하다는 점이다. 최근 소재기술의 개발에 따른 터빈입구온도의 향상은 이러한 복합발전 사이클의 기술적, 경제적 이점을 더욱 강화시켜 주고 있다. 본 연구에서는 3압에 의한 복합사이클에 대한 성능해석을 통하여 상부사이클이 전체 복합발전 성능에 미치는 영향을 조사하였으며 그 결과를 서인천 복합발전 인수 성능시험결과와 비교하였다. 본 연구결과는 현재 개념설계가 이루어지고 있는 장차 150~200MW수준의 산업용 가스터빈 개발에 중요한 방향제시를 할 수 있을 것으로 판단된다.

• 플랜트 저널
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• 제13권4호
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• pp.48-50
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• 2017

산업용 가스터빈의 동적 거동 해석을 위하여 시뮬레이션 Tool을 개발하였다. 시뮬레이션 Tool의 확장성을 향상시키기 위해 모든 가스 터빈 부품(압축기 및 연소기, 터빈, 덕트)을 모듈화하였다. 우리는 이 목적을 위해 객체 지향 프로그래밍을 사용했다. 질량 및 에너지 평형식은 다변수 뉴튼렙슨법을 사용하여 수치적인 해를 구했다. 가스터빈의 성능을 예측하기 위하여 압축기와 터빈의 성능선도를 사용하였다. 연소는 완전연소로 가정하였다. 가스터빈의 회전수와 터빈 배기 가스온도를 일정하게 유지하기 위해서 PID 제어를 사용하여 연료량과 압축기 입구 안내깃을 동시에 제어하였다. 가스터빈을 안정적으로 제어할 수 있었고 매우 빠른 부하 변화에도 대응이 가능함을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제24회 춘계학술대회논문집
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• pp.237-242
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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 마이크로터빈용 원심압축기에 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.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2003년도 제21회 추계학술대회 논문집
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• pp.257-260
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• 2003

스마트 무인기용 터보제트 엔진의 동적 성능모사 프로그램을 개발하였다. 천이 성능 프로그램에는 일정공기유량(Constant Mass Plow) 방법을 적용되었으며 잉여토크의 적분에는 오일러 적분법을 이용하였다. 천이성능해석은 가스발생기의 아이들로부터 최대 회전수까지 증가하는 것을 수행하였다. 엔진의 동적거동을 살펴보기 연료유량을 step과 ramp 증가로 주었다. 연료가 step으로 증가되었을 때 터빈 입구온도에서 오버슈트가 발생하였으며 연료유량을 0.6sec 이상으로 증가시켰을 때 오버슈트가 제거됨을 확인할 수 있었다.

• 한국추진공학회지
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• 제19권5호
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• pp.52-61
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• 2015

본 연구에서는 가변 입구 안내익과 블리드 공기 스케줄에 따른 터보팬 엔진에서의 천이 성능특성을 수치적으로 분석하였다. 대상 엔진으로 저 바이패스비 혼합 흐름 터보팬 엔진을 선정하였다. 압축기 가변 입구 안내익에 따른 성능 변화를 고려하기 위해 평균 반경 해석법을 이용하여 압축기 성능성도를 도출하고 엔진 해석 프로그램에 입력하였다. 정상상태 조건에서 축류 압축기 서지마진 10%를 만족하도록 회전속도에 따른 가변 입구 안내익과 블리드 공기 스케줄을 각각 도출하였다. 도출된 스케줄을 이용하여 엔진 천이 성능해석을 수행하였다. 엔진 천이 성능해석 수행 결과 가변 입구 안내익을 사용하는 경우가 블리드 공기를 사용하는 경우보다 천이과정에서 높은 서지마진과 낮은 터빈 입구 온도를 보였다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제14권2호
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• pp.41-46
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• 2011

This study investigated the changes in performance and operating characteristics of an F-class gas turbine according to the change of working fluid from air to carbon dioxide. The revised gas turbine is the topping cycle of the semi-closed oxy-fuel combustion combined cycle. With the same turbine inlet temperature, the $CO_2$ gas turbine is expected to produce about 85% more power. The main contributor is the greater compressor mass flow and the added oxygen flow for the combustion. Compressor pressure ratio increases about 50%. However, the gas turbine efficiency reduces about 10 %. Modulation of inlet guide vane to reduce the compressor inlet mass flow, the major purpose of which is to reduce the compressor inlet Mach number, was also performed.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권8호
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• pp.783-790
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• 2010

이 논문에서는 인공신경망을 이용하여 가변 기구 터보차저(VGT)의 터빈 질량유량을 추정하는 모델을 제안하고자 한다. 터빈 질량유량을 추정하기 위한 모델의 입력변수는 VGT 베인 개도량, 엔진 회전속도, 배기매니폴드 압력, 배기매니폴드 온도, 터빈 출구 압력이 사용되었으며, 터빈 입구 유효 단면적을 추정하는 부분에 인공신경망을 적용하였다. 실험을 통하여 이 논문에서 제안한 모델의 터빈 질량유량 추정 성능을 검증하였으며, 터빈 맵을 이용하여 추정한 결과와 비교를 통하여 제안한 모델의 우수성을 확인하였다.

• 한국가스학회지
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• 제8권1호
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• pp.1-6
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• 2004

선박용 열교환기의 냉각수로 사용되고 있는 해수의 입구온도는 스팀터빈콘덴서의 경우 약 $25^{\circ}C$이고 출구온도는 약 $60^{\circ}C$이며, 오일쿨러의 경우 출구온도는 약 $40^{\circ}C$이다. 이러한 해수의 온도 변화는 열교환기 세관재의 부식특성에 크게 영향을 미친다. 그러므로 부식손상을 최소화하면서 열교환 효율을 최대로 유지할 수 있는 냉각용액의 온도설정은 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 $3.5\%$ NaCl + $0.1\%\;NH_4OH$ 수용액의 유동하에서 선박용 열교환기 세관재로 사용되고 있는 Al-황동의 분극 및 응력부식균열 실험을 실시하여 분극특성, 응력부식균열거동 및 탈아연특성에 미치는 용액의 온도의 영향에 대하여 고찰하였다.