Abstract
Considering that most sewage treatment facilities have a water head of less than 2.0 m and a constant flow rate, the development of a small hydro power generation device capable of maintaining stable power generation and efficiency is urgently needed. In this study, a numerical analysis using the CFD code was carried out to develop a drag force type vertical axis hydro turbine for the improvement of the production efficiency of small-scale hydro energy underlow flow velocity conditions. The blade pressure changes and internal flows were analyzed in the presence or absence of hydro turbine blade holes at a flow velocity of less than 2.0 m/s. The pressure distribution of the hydro turbine blades with holes was found to be about 5.1 % lower than that of the hydro turbine blades without holes. The analysis of the internal flow around the water tank and hydro turbine blade revealed that the flow velocity varied with the vector distribution and that the flow velocity of the hydro turbine blades with holes was 5.6 % less than that of the hydro turbine blades without holes. It is believed that forming a hole in the blade may be helpful for its structural safety.
국내 대다수의 하수처리장 방류수로는 2.0 m 미만의 낙차를 형성하고 있고 유량이 지속적이며 변동이 크지 않다는 점을 고려할 때, 저낙차 조건에서도 안정적인 전력 생산과 효율을 유지할 수 있는 소수력 발전장치 개발이 시급히 요구된다. 본 연구에서는 저유속 조건에서 소수력 에너지 생산 효율 증진을 위한 항력식 수직축 수차를 개발하기 위하여 전산 유체 동역학(CFD) 기법을 이용하여 수치해석을 수행하였다. 즉, 2.0 m/s 미만의 유속 조건에서 수차 블레이드의 타공 유무에 따른 블레이드 압력변화와 내부유동을 분석하였다. 수치해석 결과, 수차 블레이드의 타공 유무에 따른 압력분포는 타공이 있는 수차 블레이드에 발생하는 압력이 타공이 없는 수차 블레이드보다 약 5.1 % 감소되는 것으로 나타났다. 수조와 수차 블레이드 주변의 내부유동을 분석한 결과, 벡터의 분포로부터 유동속도가 변화하는 것을 알 수 있었으며, 타공이 있는 수차 블레이드의 유속이 타공이 없는 수차 블레이드의 유속보다 5.6 % 감소하는 것으로 밝혀졌다. 따라서 수차 블레이드에 타공을 형성하는 것이 구조안전성 측면에서 도움이 될 것으로 판단된다.