• 항공우주기술
• /
• 제3권1호
• /
• pp.35-44
• /
• 2004

본 연구에서는 액체로켓에 쓰이는 터보펌프 부분흡입현 터빈의 1차원 공력계산 및 구조설계에 대해 고찰하였다. 터빈은 노즐, 로터, 후방유도익등으로 나누어 각각에 대해 공력 특성을 계산식으로부터 유도하였고 CFD 계산을 통해 그 타당성을 입증하였다. 속도삼각형과 같은 1차원 설계 변수들은 평균선 방정식을 이용하여 수행되었고 2-D, 3-D CFD 계산을 통해 보정되었다. 블레이드 익형은 CFD 최적화기법을 통해 결정되었다. 향후, 열응력계산, 구조응력계산을 통한 열적/구조적 거동에 대해 연구가 필요하다.

• 유체기계공업학회:학술대회논문집
• /
• 유체기계공업학회 2004년도 유체기계 연구개발 발표회 논문집
• /
• pp.445-451
• /
• 2004

Four design candidates for a 1.4MW class partial admission turbine have been chosen from a Preliminary design process. Their performance were estimated through the 3-D numerical analyses using a frozen rotor method. In order to select the optimum design, each flow analysis result was compared with others. Flow characteristics in the passages and some types of losses induced by shocks and wakes were found from calculation results. Based on these calculations, a new rotor blade was redesigned and compared with previous one through flow analysis.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 2006년도 제26회 춘계학술대회논문집
• /
• pp.297-305
• /
• 2006

본 논문에서는 터빈의 형상 변수에 따른 부분흡입형 초음속 터빈 손실 특성을 분석하기 위하여 초음속 노즐 형상, 축방향 간극 길이, 로터 앞전의 모서리각에 따른 초음속 터빈내 유동 해석을 실시하였다. 먼저 축방향 간극을 진행하면서 발생하는 유동의 익렬 팁방향의 휘어짐은 초음속 노즐 형상에 크게 영향을 받는다. 다음으로 모서리각은 익렬 앞전에서 발생하는 충격파등의 강도를 결정한다. 마지막으로 축방향 간극에서 발생하는 유동의 확산 및 혼합은 축방향 간극 길이에 크게 영향을 받았다. 따라서 터빈내에서 발생하는 손실 중 유체역학적 손실은 노즐 형상과 로터 앞전의 모서리각에 의해 결정되었으며, 부분 흡입 손실은 노즐 형상 및 축방향 간극 길이에 영향을 받았다.

• 한국유체기계학회 논문집
• /
• 제18권5호
• /
• pp.33-41
• /
• 2015

Organic Rankine cycle (ORC) has been used to generate electrical or mechanical power from low-grade thermal energy. Usually, this thermal energy is not supplied continuously at the constant thermal energy level. In order to optimally utilize fluctuating thermal energy, an axial-type turbine was applied to the expander of ORC and two supersonic nozzle were used to control the mass flow rate. Experiment was conducted with various turbine inlet temperatures (TIT) with the partial admission rate of 16.7 %. The tip diameter of rotor was to be 80 mm. In the cycle analysis, the output power of ORC was predicted with considering the load dissipating the output power produced from the ORC as well as the turbine efficiency. The predicted results showed the same trend as the experimental results, and the experimental results showed that the system efficiency of 2 % was obtained at the TIT of $100^{\circ}C$.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 2012년도 제38회 춘계학술대회논문집
• /
• pp.173-179
• /
• 2012

본 논문에서는 부분 흡입형 초음속 터빈의 로터 블레이드에 ${\pm}15^{\circ}$의 스윕 각도를 적용하여 그에 의한 효과와 공력 특성을 살펴보기 위해 정상상태 유동해석과 비정상상태 유동해석을 동시에 수행하고 그 결과를 비교해 보았다. 3차원 Navier-Stokes 유동해석에는 상용 코드인 FLUENT 6.3 Parallel을 사용하였다. 모든 계산 케이스들에서 정상상태 유동해석에 비해 비정상상태의 경우가 손실이 더욱 크게 나오는 결과를 나타내었다. 후방스윕(BSW)모델은 기준모델(NSW)에 비해 팁 간극으로 빠져나가는 누설 손실량을 줄이는데 큰 효과가 있었고 비정상상태 유동 해석에서는 로터 출구면 정효율의 증가현상이 더욱 뚜렷하게 나타났다.

• 한국추진공학회지
• /
• 제8권3호
• /
• pp.53-60
• /
• 2004

노즐과 익렬의 상호작용과 부분입사 효과를 연구하기 위해 노즐과 터빈의 익렬을 같이 계산하였고, 충격파의 구조와 유동의 현상을 밝혀내기 위해 많은 계산을 하였다. 지배방정식은 시간에 관해서는 오일러 음해법으로, 공간에 관해서는 유한체적법을 사용하여 2차의 상류차분법으로 이산화하였으며 $\kappa$-$\varepsilon$ 난류 모델을 사용하였다. 본 논문에서는 익렬의 앞전에서 발생한 충격파와 확장파가 노즐 유동에 영향을 주는 것과 익렬내부의 유동이 노즐에서 발생한 충격파의 영향을 받는 것을 확인하였다.

• 한국추진공학회지
• /
• 제17권3호
• /
• pp.1-8
• /
• 2013

본 연구에서는 액체로켓엔진의 터보펌프용 초음속 터빈 로터 블레이드에 스윕 각도 ${\pm}15^{\circ}$를 적용하여 전방스윕(FSW), 후방스윕(BSW)모델의 유동형태 및 성능을 기준모델(NSW)과 비교하여 스윕 적용의 효과를 살펴보았다. 3차원 Navier-Stokes 유동해석에는 상용 코드인 FLUENT 6.3 Parallel을 사용하였다. BSW 모델은 기준 모델(NSW)에 비해 팁 간극으로 빠져나가는 누설 손실량을 줄이는데 효과가 있었고 정효율 증가에도 영향을 미쳤다. BSW 모델은 앞전 충격파의 강도를 다소 완화 시키고 허브 부근의 영역에서 다른 모델에 비해 좋은 성능을 보인다.

• 한국추진공학회지
• /
• 제9권3호
• /
• pp.10-17
• /
• 2005

축류형 터빈이 부분분사에 의하여 작동하는 경우에 성능을 예측하는 모델을 개발하였다. 부분분사에 의하여 작동하는 터빈에서 발생되어지는 손실을 windage 손실, 확산손실, 혼합손실로 분류하여 각각의 모델을 적용하여 효율을 예측하였으며 실험의 결과와 비교하였다. 타 모델과는 달리 세 가지의 손실을 모두 고려한 본 연구의 결과가 실험결과와 잘 일치하고 있음을 보였으며 부분 분사량을 변경한 경우에도 실험결과와 일치된 결과를 보였다. 본 연구의 예측모델은 부분분사 터빈의 성능을 예측하는데 적용 되어질 뿐만 아니라 높은 예측정확도를 보였다.

• 항공우주기술
• /
• 제4권2호
• /
• pp.153-162
• /
• 2005

초기 설계과정에서 4가지 1.4MW급 터보펌프용 터빈설계안을 도출한 후 각각의 설계안에 대하여 프로즌 로터기법을 적용한 3차원 유동해석을 수행하였다. 이 결과를 통하여 각각의 설계안간의 성능을 비교하고 가장 성능이 우수한 설계안을 선정하였다. 계산결과의 분석을 통하여 유로에서의 유동특성과 충격파와 후류에 의해 발생되는 손실을 파악하였으며 이 분석 결과를 바탕으로 보다 우수한 성능을 보일 것으로 예측되는 설계안을 도출한 후 이에 대한 3차원 유동해석을 수행하여 결과를 분석하였다.

• 한국유체기계학회 논문집
• /
• 제12권3호
• /
• pp.44-52
• /
• 2009

Small scale steam turbines are used as mechanical drivers in chemical process plant or power generators. In this study, a design technology was developed for a 100kW class steam turbine which will be used for removing $CO_2$ from the emission gas on a reheated cycle system. This turbine is operated at a low inlet total pressure of $5\;kgf/cm^2$. It consists of two stages and operates at the partial admission. For the meanline analysis, a performance prediction method was developed and it was validated through the performances on the operating small steam turbines which are using at plants. Their results showed that the output power was predicted within 10% deviation although the steam turbines adopted in this analysis were operated at different flow conditions and rotor size. The turbine blades was initially designed based on the computed results obtained from the meanline analysis. A supersonic nozzle was designed on the basis of the operating conditions of the turbine, and the first stage rotor was designed using a supersonic blade design method. The stator and second stage rotor was designed using design parameters for the blade profile. Finally, Those blades were iteratively modified from the flow structures obtained from the three-dimensional flow analysis to increase the turbine performance. The turbine rotor system was designed so that it could stably operate by 76% separation margin with tilting pad bearings.