Design of Supersonic Impulse Turbine Nozzle with Asymmetric Configuration using the Optimal Method

최적화기법을 이용한 초음속 충동형 터빈 노즐의 비대칭 설계

In this paper, the nozzle design with asymmetric configuration using the optimal method is used in order to improve the under- and over-expansion problem of the flow at the supersonic turbine nozzle. For the design of nozzle contour, 8 design variables are selected and the total-to-static efficiency from the nozzle inlet to the wake outlet is considered as the objective function to be maximized. The Fluent6.3 and the iSIGHT-FD program are used for calculation of nozzle flow and design optimization respectively. RBF(Radial Basis Function) method is chosen for approximate optimization algorithm. It is shown that the static efficiency of improved nozzle design increases 1.35% and loss coefficient decreases 19.85% as compared to baseline design.

본 연구에서는 초음속 충동형 터빈의 노즐에서 나타나는 유동의 과소 과대팽창 문제를 최적화 기법을 이용하여 비대칭형상을 포함해 설계함으로써 개선시키고자 하였다. 노즐 형상 설계를 위해 8개의 설계변수를 설정하였으며 목적함수로는 후류 영역 출구까지의 정효율이 최대가 되도록 하였다. 최적화에는 iSIGHT-FD가 사용되었으며 근사최적화를 위한 방법으로는 Radial Basis Function을 이용하였다. 노즐유동의 계산에는 상용 코드인 FLUENT 6.3을 사용하였으며 개선된 노즐의 정효율은 기존 대비 1.35% 증가하였고 손실계수는 19.85% 감소하였다.