Performance Prediction of a Turbopump System

The performance of a turbopump system composed of an inducer, an impeller, a volute and seals has been computationally analyzed. To save the computational time, only one flow passage of the inducer and impeller is considered for the computations. A steady mixing-plane method is used on the impeller/volute interface for simulating the unsteady interaction phenomena. The axial thrust is predicted from the turbopump calculation in its entirety, which is necessary for such estimation. Moreover, the effects of each component on the pump performance are investigated at a design condition through the analysis of flow structures. The predicted performance is in good agreement with experimental data in terms of head rise, efficiency and volute wall pressure distributions despite of highly complex flow structures being present. The computational results also show that the axial and radial thrusts are within the design limit although corresponding experimental measurements were not taken.

유동해석을 이용한 터보펌프 성능 예측

액체로켓용 터보펌프의 설계과정에서 정확한 성능예측을 위해서 인듀서, 임펠러, 볼류트, 실 등의 펌프의 모든 부분을 포함한 유동해석을 수행하였다. 계산시간을 줄이기 위해서 인듀서와 임펠러는 주기조건을 사용하여 하나의 블레이드 통로만 해석하였으며, 인듀서와 임펠러, 임펠러와 볼류트 등의 상호작용은 정상적 해석법인 혼합면 기법을 사용하였다. 펌프의 모든 부분을 포함한 계산을 통하여 인듀서, 임펠러, 볼류트 등의 단독 유동해석을 통해서는 예측할 수 없는 펌프설계의 매우 중요한 부분인 축추력 등을 예측할 수 있었으며, 각 부품이 전체 성능에 미치는 영향을 자세히 파악할 수 있었다. 계산결과를 실험결과와 비교하였는데, 양정, 효율, 볼류트 외벽 압력분포 등에서 실험결과와 잘 일치하였다. 또한 실험으로 검증하지는 못하였지만, 축추력, 반경방향 힘 등의 예측값도 설계요구조건을 만족시키는 것으로 나타났다. 따라서 펌프의 전부분을 포함한 유동해석법은 터보펌프의 설계 및 성능예측에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것으로 판단된다.