Liquid rocket regenerative cooling design procedure is introduced with the example of the 250 kg thrust, LOx/kerocine experimental test rocket system. The presentation may be useful for numerical analysists who have limited experiences with real rocket system.
가스터빈 엔진의 효율 및 성능은 터빈입구온도에 크게 좌우되므로, 높은 열효율을 얻기 위하여 최근 가스터빈 엔진은 높은 입구온도(대략 1400-150$0^{\circ}C$)에서 작동되도록 설계되고 있다. 이는 요소재질의 열한계점을 훨씬 상회하며, 이와 같은 입구온도의 고온화 경향은 터빈요소에 대한 열부하를 증가시키고 있다. 따라서 극한의 작동조건하에서의 허용수명 및 안정성의 유지를 위해서 내부대류냉각, 충돌세트냉각과 더불어 막냉각기법이 많이 응용되고 있다. 막냉각기법은 연소기 벽면 혹은 터빈블레이드 표면의 작은 구멍들을 통해서 압축기의 공기를 분사하여 표면에 고온의 유체와 일종의 단열벽을 형성하여 표면을 보호하는 냉각방법이다. 지금까지는 주로 단면적이 일정한 막냉각홀에 대한 연구가 주가 되어왔으나, 이러한 막냉각홀을 이용하는 경우 많은 문제점이 발생한다.
In order to investigate the effects of various injection hole shapes on the film cooling of turbine blade, three test models having cylindrical and shaped holes were used. A three-dimensional Navier-Stokes code with standard k-$\epsilon$ model was used to compute the film cooling coefficient on the film cooled turbine blade. Over 330,000 grids were used to compute the flow over the blade. Mainstream Reynolds number based on the cylinder diameter was $7.1{\times}10^4$. The turbulence intensity kept at $5.0\%$ for all inlets. The effect of coolant blowing ratio was studied for various blowing ratios. For each blowing ratios, wall temperatures around the surface of test model were calculated. Temperature was visualized using cartesian cut-cell method to obtain traces of the injected secondary air on the test surface, so we could interpret the film effectiveness as temperature distributions.
An advanced Research Reactor (ARR) consists of an open-tank-type reactor assembly within a light water pool and generates thermal power of 20 MW. The thermal power is including a fission heat in the core, a fuel generated heat temporary stored in the pool, a circulating pumps generated heat and a neutron reflecting heat in the reflector vessel of the reactor. In order to remove the heat load, the primary cooling system will be installed. In this study, the conceptual design of the primary cooling system has been carried out using a design methodology of HANARO within a permissible range of safety. As results, it has been established that the conceptual design of the primary cooling system including design requirements, performance requirements, design restrictions, system descriptions and system operation to maintain the system functions.
Numerical design optimization of a fan-shaped hole for film-cooling has been carried out to improve film-cooling effectiveness by combining a three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis with the radial basis neural network method, a well known surrogate modeling technique for optimization. The injection angle of hole, lateral expansion angle of hole and ratio of length-to-diameter of the hole are chosen as design variables and spatially averaged film-cooling effectiveness is considered as an objective function which is to be maximized. Twenty training points are obtained by Latin Hypercube sampling for three design variables. Sequential quadratic programming is used to search for the optimal point from the constructed surrogate. The film-cooling effectiveness has been successfully improved by the optimization with increased value of all design variables as compared to the reference geometry.
고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 열관리는 성능 향상과 내구성 측면에서 중요한 문제이다. 일반적으로 냉각수 순환 유로를 가진 냉각판이 여러 개의 단전지 사이에 삽입되어 PEMFC 내부에서 발생하는 반응열을 외부로 배출한다. 본 연구에서는 개선된 병렬 사형유로(MPSFF)를 향상된 냉각성능을 가진 냉각판 유로형상으로 제안하고, 이를 전산유체역학(CFD) 해석을 통하여 평가하였다. 비교를 위하여 냉각수 유로로 일반적으로 사용되는 사형유로 및 병렬형유로의 냉각성능에 대한 계산도 수행하였다. CFD 결과는 개선된 병렬 사형유로가 냉각판 표면에서의 온도의 비균일도를 상당히 감소시키고, 따라서 PEMFC의 내구성과 성능을 향상시킬 수 있음을 보여주었다.
This study conducts shape optimization of rib turbulator on the internal cooling passage that has triangular cross-section of high pressure turbine nozzle. During optimization, various types of rib turbulator including angled, V-shaped, A-shaped and angled rib with intersecting rib are considered. Each type of rib turbulator is parameterized with attack angle(s), rib height, spacing ratio and bending/intersecting location. For optimization, Design of Experiment (DOE) and Kriging surrogate model are used to utilize computational resource more efficiently and Genetic Algorithm (GA) is used to search the optimum points. As a result, Pareto front of each type of rib turbulator with friction factor that relates to pressure drop in cooling passage and spatially averaged Nusselt number that relates to heat transfer on the wall is drawn and optimum points on the Pareto front are suggested.
A modern optical fiber manufacturing process requires the sufficient cooling of glass fibers freshly drawn from the heated and softened silica preform in the furnace, since the inadequately cooled glass fibers are known to cause improper polymer resin coating on the fiber surface and to adversely affect the product quality of optical fibers. In order to greatly enhance the fiber cooling effectiveness at increasingly high fiber drawing speed, it is necessary to use a dedicated glass fiber cooling unit with helium gas injection between glass fiber drawing and coating processes. The present numerical study features a series of three-dimensional flow and heat transfer computations on the cooling gas and the fast moving glass fiber to analyze the cooling performance of glass fiber cooling unit, in which the helium is supplied through the discretely located rectangular injection holes. The air entrainment into the cooling unit at the fiber inlet is also included in the computational model and it is found to be critical in determining the helium purity in the cooling gas and the cooling effectiveness on glass fiber. The effects of fiber drawing speed and helium injection rate on the helium purity decrease by air entrainment and the glass fiber cooling are also investigated and discussed.
냉각탑, 밀폐식냉각탑, 증발식응축기는 증발식냉각기의 분류에 속한다. 열은 증발에 의해 제거되어, 중력에 따라 유하하는 수 film으로 부터 충전물, 또는 밀폐식냉각탑, 증발식응축기의 관군상을 흐르는 공기에 전달된다. 따라서 공기측에서의 열과 물질의 이동프로세스는 기본적으로는 동일하다. 각 형식에서의 차이는 냉각되는 유체측에서의 열저항의 형태가 다르다는 점이다. 이 무저항은 냉각탑에서는 아주 작으나 다른 두 경우에 있어서는 계산상 고려하지 않으면 안된다. 이 논문은 이들 세 형식에 대해 통일된 이론을 적용할 수 있다는 것을 보여주기 위한 것이다. 그러므로 열 및 물질이동저항의 계산을 위한 식에 대해 논의하고 있다. 또한 복잡성을 피하기 위해, Merkel의 근사식을 공기측의 열 및 물질이동계산에 이용하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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