원심압축기에서 물분사 압축과정에 대한 이론적 해석

Wet compression means the injection of water droplets into the compressor of gas turbines. This method decreases the compression work and increases the turbine output by decreasing the compressor exit temperature through the evaporation of water droplets inside the compressor. This paper provides thermodynamic and aerodynamic analysis on wet compression in a centrifugal compressor for a microturbine. The meanline performance analysis of centrifugal compressor is coupled with the thermodynamic equation of wet compression to get the meanline performance of wet compression. The most influencing parameter in the analysis is the evaporative rate of water droplets. It is found that the impeller exit flow temperature and compression work decreases as the evaporative rate increases. And the exit flow angle decreases as the evaporative rate increases.

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 마이크로 터빈용 원심 압축기에 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.