• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1999년도 제12회 학술강연회논문집
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• pp.7-7
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• 1999

충돌/유출냉각은 연소실 벽면 등과 같이 열부하가 많이 걸리는 영역에서 고온의 연소가스로부터 표면을 보호하는 막냉각과 더불어 내부에 다공성 판을 설치하여 충돌제트에 의해 내부표면을 냉각시켜 가스터빈엔진의 고온요소의 냉각성능을 극대화시키는 방법 중의 하나이다. 이와 같은 냉각방법을 적용하면 벽면을 충돌제트에 의한 냉각과 함께 냉각유채를 막냉각에 활용함으로써 냉각효율을 극대화할 수 있다. 본 연구에서는 국소적인 값들을 획득하기 용이한 물질전달실험방법의 하나인 나프탈렌 승화법을 이용하여 수직으로 분사되는 충돌제트에 의한 유출판 내면에서의 열/물질전달특성을 분사판(injection plate)과 유출판(effusion plate) 사이의 높이, 분사제트의 속도, 분사홀간의 배열을 변화시켜가며 유출판만이 있는 경우와 비교, 분석하였다. 분사홀과 유출홀의 관 사이의 간격은 0.33d에서 10d까지 변화시켜가며 그 효과를 관찰하였으며, 홀배열 효과를 보기 위하여 2가지 홀배열(staggered array, shifted array)에 대하여 실험하였다. 또한 분사제트의 속도효과를 고찰하기 위하여 분사제트의 Rc$_{d}$=5,000-12,000까지 변화시켜가며 실험을 수행하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권9호
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• pp.903-913
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• 2011

본 연구에서는 가스터빈 블레이드의 냉각을 위해 사용되는 막냉각 홀을 대상으로 다양한 형상변수들이 막냉각 효율에 미치는 영향을 평가하기 위한 수치적 연구를 수행하였다. 삼차원 압축성 Reynolds-averaged Navier-Stokes 해석을 수행하였으며, 난류모델로는 shear stress transport 모델이 사용되었다. 해석을 통해 홀의 형상, 측면 방향 분사각, 홀의 주기 및 분사율이 막냉각 효율에 미치는 영향이 평가되었다. 해석결과, 원통형홀의 경우 측면 방향 분사각이 존재할 때 월등히 향상된 막냉각 효율을 보여주었으며, 홴형상 홀의 경우 측면 방향 분사각이 $20^{\circ}{\sim}30^{\circ}$일 때 가장 높은 막냉각 효율을 보여주었다. 또한 홀의 주기의 변화에 따른 성능평가 결과 높은 분사율일 때가 낮은 분사율의 경우보다 홀의 주기에 의존하는 경향을 보였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1998년도 제10회 학술강연회논문집
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• pp.7-7
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• 1998

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.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권9호
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• pp.69-76
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• 2018

본 연구에서는 가스터빈 블레이드의 필름 냉각에서 45도 리브가 있는 냉각채널의 필름 홀 위치가 블레이드의 표면냉각 성능에 미치는 영향을 전산유체해석 기법을 통하여 분석하였다. 또한 냉각채널의 리브 유무의 영향을 동일 분사율에 대해서 고찰하였다. 수치해석 도메인은 3차원으로 구성하였고 상용코드(Fluent ver. 17.0)를 사용하여 정상상태 조건 하에서 수치해석을 진행하였다. 그 결과를 바탕으로 블레이드 표면에서의 냉각효율, 유속, 유선, 압력 계수를 비교 분석하였고 홀 위치의 변화가 리브 구조에 의해 유발되는 이차 유동의 토출에 미치는 영향을 고찰하였다. 수치해석 결과로부터 리브가 설치되어 있는 경우 냉각채널의 내부유동은 상부에서 반시계 방향 및 하부에서 시계 방향의 와류쌍을 형성하는 것을 확인할 수 있었다. 리브가 있는 채널의 경우 리브에 의하여 발생한 와류유동이 홀 출구 부근에서 더 높은 압력 차이를 유발하여 리브가 없는 경우보다 최소 12% 이상의 높은 냉각 효율을 나타냈다. 또한 리브가 있는 채널 중에서 홀이 좌측에 위치한 경우(Rib-Left) 리브에 의하여 발생한 이차 유동이 홀 부근의 벽면에 부딪혀 홀 경사각 방향으로의 유동이 형성되는 것을 확인하였다. 블레이드 표면으로 토출된 냉각기체가 주 유동 경계층 내부에서 머무는 영역이 다른 케이스에 비하여 넓기 때문인 것으로 사료된다. 또한 이 경우 홀 출구 부근에서 가장 큰 압력 계수 차이를 나타내었고 이로 인하여 냉각기체의 토출이 촉진되어 냉각효율이 다소 증가하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제24권1호
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• pp.47-57
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• 2020

1단 베인 엔드월에서 막냉각 성능을 증가시키기 위해서 본 연구를 진행하였다. 1단 베인에서의 유동 및 막냉각 특성을 분석하기 위해 수치해석을 진행하였고, 유동특성을 고려하여 서로다른 6가지의 막냉각 홀 배열을 설계하였다. 그 결과, 기본형상의 경우 냉각유체가 흡입면으로 편향되면서 압력면과 노즐 목에서 낮은 냉각 효율을 나타냈다. 반면 일부 홀들을 압력면을 따라 설치한 경우, 횡방향 유동이 냉각유체에 미치는 영향이 감소하여 압력면과 노즐 목에서 막냉각 효율이 증가하였다. 이에 기존 막냉각 홀 배열보다 막냉각 효율이 16% 증가하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제25권4호
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• pp.71-77
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• 2021

가스터빈 블레이드를 고온의 주유동으로부터 보호하기 위해 다양한 냉각 기법이 연구되었고, 팬 형상 홀을 포함한 다양한 막냉각 홀 형상에 대해서도 연구가 수행되어왔다. 하지만, 소형 가스터빈에 대한 수요가 증가함에 따라 얇은 벽에 적용할 수 있는 막냉각 홀에 대한 연구가 필요하다. 이에 따라 본 연구에서는 수치해석을 통하여 분사율 1과 2에서 팬 형상 홀의 형상 변수의 영향을 연구하였다. 또한, 원형부 길이와 전방향 및 횡방향 확장각, 세 가지 변수에 대하여 최적화를 수행하였다. 각 분사율에서 최적화된 두 형상은 유사한 형상 변수와 냉각 성능을 갖는 것으로 나타났다.

• 한국추진공학회지
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• 제12권5호
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• pp.67-72
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• 2008

본 연구에서는 압력감응페인트를 이용하여 평판에서의 막냉각 계수를 측정하였다. 6개의 막냉각 홀을 평판에 대해 30도의 각도를 갖도록 제작하였고, 평균 분사비는 0.5, 1, 2로 하였다. 그 결과, 압력감응페인트 기법으로 막냉각 계수의 분포를 성공적으로 측정할 수 있었고, 실험 결과는 기존의 참고 문헌의 결과와 유사한 경향을 보였다. 막냉각 홀 근처의 막냉각 계수는 분사비가 낮은 경우가 더 높게 나타났다. 분사비가 증가할수록 막냉각 홀 근처의 막냉각 계수는 낮아졌는데, 이는 높은 냉각 유체의 모멘텀에 의해 막냉각 유체가 주유동의 경계층을 뚫고 표면에서 멀어지기 때문이다. 하류에서는 높은 분사비의 경우가 높은 막냉각 계수를 보였는데, 이것은 막냉각 유체가 표면에 재부착되기 때문이다.

• 한국추진공학회지
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• 제2권2호
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• pp.56-63
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• 1998

본 논문에서는 주유동의 난류강도 변화에 따른 복합각도로 분사되는 단일 막냉각홀 주위에서의 국소 열/물질전달계수 특성을 살펴보기 위하여 실험을 수행하였다. 단일 막냉각홀 시편은 평면에 대하여 $30^{\cire}$의 경사각을 가지고 있으며, 횡방향으로는 주유동에 대해 $45^{\cire}$의 각도로 분사하여 복합각도 분사시 주유동의 난류강도 변화에 따른 효과를 살펴보았다. 또한 막냉각제트의 분사율을 0.5에서 2.0까지 변화시켜가며, 주유동의 높은 난류강도조건에서 분사율 변화시 막냉각홀 주위의 열/물질전달특성에 미치는 효과를 살펴보았다. 주유동의 난류강도를 변화시키기 위하여 막냉각홀 상류에 난류발생격자를 설치하였다. 격자를 설치하지 않은 경우, 주유동의 난류강도는 0.5%이며, 난류발생격자의 종류 및 설치위치를 달리하여 난류강도를 3%에서 10%까지 변화시켜가며 실험하였다. 막냉각홀 주위에서 국소적인 열/물질전달계수 값을 얻기 위하여 물질전달 실험방법인 나프탈렌 승화법을 사용하였다. 주유동의 난류강도가 낮은 경우 분사홀 주변에서 막냉각제트 혹은 주유동에 의한 열/물질전달 촉진영역이 뚜렷한 경계를 갖지만, 난류강도가 증가하면서 전 영역에 걸쳐 열/물질전달이 촉진되었으며 주유동과 막냉각제트의 활발한 혼합작용으로 인해 영역의 구분이 점차 소멸되었다. 또한 주유동의 높은 난류강도 효과는 막냉각제트의 분사율이 높은 경우 뚜렷이 나타났다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제34회 춘계학술대회논문집
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• pp.433-436
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• 2010

본 논문에서는 막냉각홀이 설치된 동익 표면에서의 열/물질전달 특성을 나프탈렌 승화법들 이용해 고찰하였다. 실험에는 저속 환형풍동이 이용되었으며, 풍동 내에는 16개의 동익으로 구성된 터빈단이 설치되어 있다. 동익의 선단부에는 막냉각을 위한 홀이 3열로 배치되어 있으며, 막냉각유체의 분사비를 1.0에서 2.0으로 조절하며 국소 열/물질전달계수를 측정하였다. 전반적인 열/물질전달 계수는 분사비가 높아짐에 따라 증가하며, 박리기포에 의해 압력면에 형성된 낮은 열/물질전달 계수를 갖는 영역은 분사비의 증가와 함께 사라진다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제15권4호
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• pp.33-41
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• 2012

In the present work, a parametric study on double-jet film-cooling has been carried out to enhance the film-cooling effectiveness using three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis. The shear stress transport turbulence model is used as the turbulence closure. The lateral ejection angles and the lateral and streamwise distance between the centers of the cooling holes are chosen as the geometric parameters. The spatially averaged film-cooling effectiveness averaged over an area of 8 hole diameters in width and 30 hole diameters in streamwise length is used to evaluate the performance of film-cooling. The parameter of the lateral distance has the largest impact on the film cooling effectiveness compared to the others. On the other hand, the parameter of streamwise distance gives the least influence on the film cooling effectiveness.