• 한국항공우주학회지
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• 제44권12호
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• pp.1062-1070
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• 2016

본 연구에서는 전산해석을 통해 냉각 터빈 블레이드 팁 간극의 유동 및 열전달 특성을 연구하였다. 1단 고압터빈 노즐 출구에서 획득한 속도, 온도 프로파일을 로터의 입구에 적용하여 로터 도메인을 대상으로 전산해석을 하였다. 스퀼러 팁이 적용된 블레이드의 팁 간극을 스팬의 1%부터 2.5%로 조절하여 팁 간극의 공력 손실, 열전달 계수와 막냉각 효율의 영향을 고찰했다. 팁 간극이 커질수록 출구에서 공력 손실과 블레이드 끝단 표면에서 열전달 계수는 증가하였다. 특히 팁 간극이 스팬의 2%일 때 평균 열전달 계수가 급격히 증가하였다. 팁 영역의 막냉각 효율은 팁 간극이 작을수록 높았고, 캐비티 내부 냉각 홀 근처의 막냉각 효율이 높았다.

• 한국음향학회지
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• 제39권2호
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• pp.77-86
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• 2020

본 연구에서는 날개 끝 와류 공동(Blade-Tip Vortex Cavitation, BTVC)과 이에 기인한 유동 소음을 예측하기 위하여 Eulerian/Lagrangian 연성 해석기법을 제안하였다. 제안한 방법은 크게 연속적인 4단계로 구성되며, 각각 전산유체역학을 이용한 유동장 모사, 와류모델을 이용한 날개 끝 와류의 재구성, 기포 동역학 모델을 이용한 BTVC의 생성, 그리고 음향상사법을 이용한 음향파 예측이다. 일반적으로 전산유체역학 자체가 지니는 고유한 수치감쇠와 과도한 난류 강도로 인해 와류 강도를 심각하게 작게 예측하므로, 유동방향의 날개 끝 와류는 와류모델을 사용하여 재생하였다. 다음으로 Reyleigh-Plesset 방정식에 기반한 기포 동역학 모델을 사용하여 BTVC의 발생과 변화를 모사하였다. 마지막으로 BTVC에 의한 유동소음을 각각의 구형 버블을 그 부피 시간변화율의 변화율에 크기가 비례하는 홀극원으로 모델링하여 예측하였다. 제안한 수치 방법의 유효성을 예측값과 측정값을 비교하여 검토하였다.

• 항공우주기술
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• 제2권1호
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• pp.35-43
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• 2003

본 논문에서는 차세대 로터 시스템의 핵심 기술인 고성능, 저소음 로터 블레이드 개발을 위한 로터 형상 설계 및 공력/소음 해석 결과를 정리하고 해석 기법을 소개하였다. 먼저 패들형 블레이드를 기본 모델로 베인팁 개념을 적용하여 저소음 특성을 갖는 로터 블레이드 평면형상을 결정한 후, 설계된 차세대 로터 블레이드 즉 NRSB-I의 소음특성을 해석하고 그 결과를 BERP 블레이드와 비교 검토하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제27권12호
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• pp.1716-1723
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• 2003

A stereoscopic PIV(Particle Image Velocimetry) technique was employed to measure the 3 dimensional flow structure of turbulent wake behind a marine propeller with 5 blades. The out-of-plane velocity component was determined using two CCD cameras with the angular displacement configuration. Four hundred instantaneous velocity fields were measured for each of four different blade phases and ensemble averaged to investigate the spatial evolution of the propeller wake in the near-wake region from the trailing edge to one propeller diameter(D) downstream. The phase-averaged velocity fields show the potential wake and the viscous wake developed along the blade surfaces. Tip vortices were generated periodically and the slipstream contraction occurs in the near-wake region. The out-of-plane velocity component and strain rate have large values at the locations of tip and trailing vortices. As the flow goes downstream, the turbulence intensity, the strength of tip vortices and the magnitude of out-of-plane velocity component at trailing vortices are decreased due to viscous dissipation, turbulence diffusion and blade-to-blade interaction.

• 해양환경안전학회지
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• 제17권1호
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• pp.75-82
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• 2011

해양에너지는 아직 개발되지 않은 가장 유망한 재생 및 청정에너지 자원 중 하나이다. 특히 우리나라는 세계적으로 보기 드문 조류발전의 적지이며, 이를 이용하기 위해서는 각 해역에 적합한 조류에너지 변환 장치의 개발이 매우 필요하다. 따라서 본 연구에서는 조류발전 방식 중 수평축 로터 블레이드의 최적형상 설계 및 성능평가를 목적으로 날개 끝 손실 모델을 포함하는 날개요소 운동량이론을 적용한 조류터빈 설계기법을 제안하고, 100 kW급 로터 블레이드를 설계하였다. 또한 블레이드 국부위치에서 주속비에 따른 Prandtl의 날개 끝 손실 변화를 비교하였으며, 정격 날개 끝 속도비에서 NACA63812를 사용하여 설계된 로터 블레이드의 동력계수는 0.49로 우수한 성능을 나타내었다.

• 한국음향학회지
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• 제37권2호
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• pp.83-91
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• 2018

팁젯 로터의 소음원은 로터 블레이드 소음과 제트 소음으로 분리할 수 있다. 로터 블레이드 소음은 두께 소음, 하중 소음, 비선형 사중극 소음으로 구성되고 제트 소음은 노즐 모멘텀 소음과 제트 방사 소음으로 나뉜다. 로터 블레이드 소음을 해석하기 위해 유동 해석 정보를 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 해석으로 얻은 뒤 투과면, 비투과면 FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings) 음향 상사법을 동시에 적용하여 각 소음원을 구분하였다. 그리고 제트 소음은 노즐 출구 조건을 활용하여 투과면 FW-H 음향 상사법으로 노즐 모멘텀 소음을 구하고 기존 고정익 제트에 대한 경험식을 활용하여 제트 방사 소음을 얻었다. 검증 기체의 소음 측정값을 기준으로 해석 기법의 신뢰성을 검증하였고 스펙트럼 분석을 통해 팁젯 로터의 독특한 소음 특성을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제28권3호
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• pp.330-337
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• 2004

Analysis of flow phenomena in a centrifugal compressor impeller has been carried out with numerical simulation to understand the physics of flow near stall. Near stall point, tip leakage flow spills ahead of the leading edge of adjacent blade and other leakage flow passes over the clearance of the adjacent blade instead of rolling up into vortex within the passage. The tip leakage flow at the mid chord of impeller blade impinges against the pressure surface of the adjacent blade and then rolls up into vortex within the passage, which blocks the flow passage and generates viscous loss. The spillage of leakage flow ahead of the adjacent blade generates the recirculation of flow entering the impeller, which causes the power transferred into the flow by the impeller to decrease and blocks the flow passage. Near diffuser hub wall, flow recirculation occurs. As operating point goes to stall point, the core of recirculation approaches the impeller exit The length rises to peak point and then drops with mass flow reduction, while the height steadily rises.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제5권4호
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• pp.32-39
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• 2002

The purpose of this 3-D numerical simulation is to calculate and examine the complex 3-D stall phenomena on the rotor blade and wake distribution of the wind turbine. The flow characteristics of 500kW Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) are compared with the calculated 3-D stall phenomena and wake distribution. We used the CFX-TASCflow to predict flow and power characteristics of the wind turbine. The CFD results are somewhat consistent with the BEM (Blade Element Momentum) results. And, the rotational speed becomes faster, the 3-D stall region becomes smaller. Moreover, the pressure distribution on the pressure side that directly gets the incoming wind grows high as it goes toward the tip of the blade. The pressure distribution on the blade's suction side tells us that the pressure becomes low in the leading edge of the airfoil as it moves from the hub to the tip. However, we are not able to precisely predict on the power coefficient of the rotor blade at the position of generating complex 3-D stall region.

• 한국가시화정보학회지
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• 제18권2호
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• pp.59-65
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• 2020

Vertical axis wind energy systems including 3 and 4 blades are numerically investigated in a two-dimensional (2D) computational domain. The power coefficient (C_p) is adopted to measure the efficiency of the system and the effect of the rotating velocity on the power coefficient is analyzed for the two different systems. The rotating velocity varies from 30 rad/s to 90 rad/s, which corresponds to the tip speed ratio (T.S.R) of 0.5 to 1.5. The torque exerted on the blades is mainly determined by the aerodynamic force in the x-direction and maximized when the blade is positioned at around θ = 186°. The efficiency of the 4-blade system is higher than that of the 3-blade system within the tip speed ratio range between 0.5 and 0.67, besides where the 3-blade system shows a better performance. For the 3-blade system, the maximum efficiency is reached to 0.082 at the tip speed ratio of 1.083. The maximum efficiency of the 4-blade system is 0.071 at T.S.R. = 0.92. The velocity fields in the x-direction, pressure fields, and the vorticity magnitude are analyzed in detail for the optimal cases of the 3- and 4-blades systems, respectively.

• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제7권6호
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• pp.537-551
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• 2020

Investigation of leading edge impingement cooling for first stage rotor blades in an aero-engine turbine, its effect on rotor temperature and trailing edge wake loss have been undertaken in this study. The rotor is modeled with the nozzle for attaining a more accurate simulation. The rotor blade is hollowed in order for the coolant to move inside. Also, plenum with the 15 jet nozzles are placed in it. The plenum is fed by compressed fresh air at the rotor hub. Engine operational and real condition is exerted as boundary condition. Rotor is inspected in two states: in existence of cooling technique and non-cooling state. Three-dimensional compressible and steady solutions of RANS equations with SST K-ω turbulent model has been performed for this numerical simulation. The results show that leading edge is one of the most critical regions because of stagnation formation in those areas. Another high temperature region is rotor blade tip for existence of tip leakage in this area and jet impingement cooling can effectively cover these regions. The rotation impact of the jet velocity from hub to tip caused a tendency in coolant streamlines to move toward the rotor blade tip. In addition, by discharging used coolant air from the trailing edge and ejecting it to the turbines main flow by means of the slot in trailing edge, which could reduce the trailing edge wake loss and a total decrease in the blade cooling loss penalty.