• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제35권1호
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• pp.96-101
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• 2011

본 연구에서는 수평축 조류발전용 터빈 블레이드 설계 및 성능평가가 가능하도록 블레이드 끝단 손실모델을 고려한 블레이드요소 운동량 이론을 적용하여 설계를 수행함으로써 관련 설계기법을 확립하였고 최종적으로 설계 및 성능평가를 위한 국산 소프트웨어의 개발을 완료하였다. 개발된 성능평가 소프트웨어인 MCT-Blade V2.0을 통해 2MW급 블레이드 설계 및 성능평가를 수행하였으며, ANSYS FLUENT 상용코드를 이용하여 BEMT에 의한 성능평가 결과의 타당성을 검증하였다. 2.5m/s 정격유속에서 BEMT에 의한 기계적 출력은 2,121kW로써 전기적 출력을 만족하였지만, CFD에 의한 기계적 출력은 1,901kW로써 목표출력에 다소 부족한 결과를 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.247-247
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• 2019

수력발전 사업에 있어 Desander 구조물은 주로 고산지대 수력발전댐의 Run-of-river 형식의 발전방식에서 유사로 인한 터빈의 손상을 방지하기 위한 목적으로 설치된다. Desander의 적정 규모는 터빈의 손상을 일으킬 수 있는 유사 입경에 대해 안정적으로 침전을 시킬 수 있는 폭/길이/깊이로 평가할 수 있으며 상대적으로 Desander의 규모가 크게 설계된 경우 초기 공사비 증가하고 반대로 규모가 작게 설계된 경우 터빈의 교체 주기 단축으로 인한 유지관리비가 증가된다. 현재까지 일반적인 Desander 구조물의 설계 방식은 제거 입경의 침전 속도, 유입유량 및 깊이를 변수로 사용하여 경험식(L. Sudry method, Guicciardis method 및 Rouse method)을 통해 규모를 결정해 왔다. 하지만, 3-D 전산유체해석을 통해 유속 흐름 분석으로 직 간접적 Desander 규모의 적정성을 평가할 수 있는 현 시점에서 경험식으로부터 도출된 결과의 신뢰성과 객관성을 검증할 필요가 있다고 판단된다. 본 연구에서는 노르웨이 NSTU에서 개발한 유사의 이송 및 확산해석 기능이 내장된 범용 소프트웨어인 SSIIM을 이용하였다. SSIIM(Simulation of Sediment movements In water Intakes with Multiblock)은 개수로 흐름 상태에서 유사 이동 및 하상 변동을 분석할 수 있도록 개발된 3-D 해석 프로그램이다. SSIIM은 수치해석 방법으로 유한체적법(Finite Volume Method)를 채택하였으며 Navier-Stokes equations을 통해 유체의 흐름을 해석한다. 입력 자료는 유입 유량($m^3/sec$), 유입 유사량(kg/sec), 유출부 수위 및 해당 Desander Structure grid 자료가 사용되며 해석 결과로 Desander 내 grid 별 유속, 수위, 유사 농도 변화 등을 제공한다. 본 연구에서는 SSIIM을 이용하여 제거 목표 유사 입경의 차집 효율(Trap efficiency)로 Desander의 적정 규모를 평가 할 수 있는 설계법을 제안하며 설계 단계에서 결정되는 최소 제거유사 입자와 차집 효율에 의한 Desander의 적정 규모 평가 분석을 파키스탄 A 프로젝트를 대상으로 수행하였다. 연구 성과로 (1)SSIIM을 통해 해석된 차집 효율을 기초로 Desander의 적정 규모를 계획할 경우 경험적 방식에 비해 설계의 객관성과 신뢰성을 제고할 수 있으며 (2)3-D 수치해석을 통해 grid 별 유사농도를 확인 할 수 있어 Desander 형상과 규모에 대한 평가가 가능하다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제17권1호
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• pp.20-26
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• 2014

조류발전 터빈의 효과적인 설계를 위해서는 날개의 변형을 고려한 해석이 필요하다. 날개에 가해지는 유체 하중은 날개 구조를 변형시키고, 터빈의 성능에 영향을 초래한다. 본 연구에서는 수평축 조류발전 터빈의 단독성능을 해석하는 전산유체역학 해석 절차를 개발하였다. 개발한 절차를 이용하여 조류발전 터빈의 성능을 예측하였고 실험결과와 비교하여 검증하였다. 검증된 전산유체역학 방법을 이용하여 복합재 터빈 날개에 대한 유체-구조 연성해석을 수행하였고 강체로 이루어진 터빈 날개에 대한 전산유체역학 해석 결과와 비교하였다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제11권1호
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• pp.75-82
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• 2007

선진국에서는 가스터빈엔진을 개발하여 항공기, 대형선박, 유도무기용으로 많이 사용한다. 국내에서도 엔진부품 생산단계를 넘어 소형 가스터빈엔진을 개발하고 있으나, 가스터빈엔진에서 가장 중요한 핵심기술인 엔진제어 관련기술은 선진국에서 기술이전을 기피하고 있다. 본 논문은 가스터빈엔진 시뮬레이터 개발에 대한 연구이다. 논문에서 제시하는 시뮬레이터는 가스터빈엔진의 성능데이터를 기반으로 한 엔진 수학적 모델을 통하여 엔진 시뮬레이터를 개발함으로서 가스터빈엔진 제어알고리즘 개발을 쉽게 할 수 있도록 하고, 엔진제어기 의 기능도 검증 할 수 있도록 한다. 본 시뮬레이터에는 엔진센서 신호변환 보드를 설계하여 시뮬레이션 할 때 엔진모델 센서신호가 실제 센서와 같은 신호가 생성되도록 하였다. 가스터빈엔진에 대한 실제 엔진시험 결과와 시뮬레이션 결과를 비교하여 시뮬레이터의 성능을 입증하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권7호
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• pp.1222-1230
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• 2022

로터 블레이드는 조류발전 터빈의 매우 중요한 구성 요소로서, 해수의 높은 밀도로 인해 큰 추력(Trust force)와 하중(Load)의 영향을 받는다. 따라서 블레이드의 형상 및 구조 설계를 통한 성능과 복합소재를 적용한 블레이드의 구조적 안전성을 반드시 확보해야 한다. 본 연구에서는 블레이드 설계 기법인 BEM(Blade Element Momentum) 이론을 이용해 1MW급 대형 터빈 블레이드를 설계하였으며, 터빈 블레이드의 재료는 강화섬유 중의 하나인 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics)를 기본으로 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)를 샌드위치 구조에 적용해 블레이드 단면을 적층(Lay-up)하였다. 또한 유동의 변화에 따른 구조적 안전성을 평가하기 위해 유체-구조 연성해석(Fluid-Structure Interactive Analysis, FSI) 기법을 이용한 선형적 탄성범위 안의 정적 하중해석을 수행하였으며, 블레이드의 팁 변형량, 변형률, 파손지수를 분석해 구조적 안전성을 평가하였다. 결과적으로, CFRP가 적용된 Model-B의 경우 팁 변형량과 블레이드의 중량을 감소시켰으며, 파손지수 IRF(Inverse Reserce Factor)가 Model-A의 3.0^*V_r를 제외한 모든 하중 영역에서 1.0 이하를 지시해 안전성을 확보할 수 있었다. 향후 블레이드의 재료변경과 적층 패턴의 재설계뿐 아니라 다양한 파손이론을 적용해 구조건전성을 평가할 예정이다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권6A호
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• pp.369-378
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• 2012

이 연구에서는 풍력 터빈 블레이드의 형상 최적화를 위한 직접탐색 기반의 최적화 기법을 적용하고, 최적화 기법간의 성능을 비교하여 효과적인 방법을 제안하고자 하였다. 이를 위하여 수평축 풍력 터빈의 최적설계 코드인 HARP_Opt(Horizontal Axis Rotor Performance Optimizer)을 기반으로 연간 발전량 평가 방법을 수정하고, HARP_Opt에서 적용하고 있는 기존의 유전자 알고리즘과 함께 패턴 서치 방법을 추가 적용하였다. 이를 1MW급 풍력 발전 터빈 블레이드의 단면 형상 최적 설계 문제에 적용하였으며, 기존의 유전자 알고리즘 및 마이크로 유전자 알고리즘, 그리고 패턴 서치 방법의 성능을 비교한 결과, 연간 발전량과 해의 일관성 면에 있어서는 패턴 서치 방법이 상대적으로 우수하였으며, 계산시간 측면에서는 마이크로 유전자 알고리즘이 상대적으로 우수한 것으로 분석되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권3호
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• pp.269-274
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• 2010

가스화기를 장착한 고체산화물연료전지와 가스터빈의 하이브리드 시스템의 사전 연구로서 합성가스에서 수소와 일산화탄소의 구성이 하이브리드 시스템의 성능특성에 미치는 영향을 조사하였다. 이때 다른 구성요소와 다른 발열량을 가진 연료의 특성이 가스터빈의 탈설계점 운전을 유발하여 결과적으로 전체 하이브리드 시스템의 다른 성능 특성을 야기할 것으로 예상된다. 합성가스의 구성요소가 고체산화물연료전지의 성능에 영향을 준다는 것과 일산화탄소를 사용하는 하이브리드 시스템의 성능이 수소를 사용하는 것보다 나쁘다는 것이 발견되었다. 부분부하 성능에서는 수소를 사용하는 경우 부분부하 운전시에 성능 저하가 일산화탄소의 경우보다 더 현저하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제35권10호
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• pp.891-898
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• 2007

피치 제어형 수평축 풍력터빈에 대한 공력최적 설계 형상과 피치 변화에 따른 공력 성능 특성을 수치적으로 계산하였다. 수치적 방법은 날개 요소이론을 적용하였으며, Prandtl의 팁 손실 효과, 에어포일의 분포 효과, 후류의 회전 효과 등을 고려하였다. 블레이드 설계에는 총 6개의 서로 다른 에어포일을 사용하였으며, 구조적 강성을 갖기 위해서 허브 측에는 최대 40% 두께비의 에어포일을 분포시켰다. 최적 설계에서 얻어진 비선형 코드 길이는 제작성과 무게 등을 고려하여 선형화 시켰고, 선형화에 따른 공력성능 변화는 무시할만하다는 결과를 얻어내었다. 피치각 변화에 따른 동력성능, 추력성능, 토크 성능 곡선을 비교한 결과 $3^{\circ}$의 피치각 변화에도 민감한 공력 값의 변동이 생김을 알 수 있었고, 정밀한 피치 제어를 위한 각도 제어는 증분이 $3^{\circ}$보다 작은 값으로 피치 제어 알고리즘과 피치 구동 장치가 필요함을 알 수 있었다. 또한 최대 토크는 설계속도비보다 작은 속도비에서 발생되는 결과를 보여주었다.

• 한국추진공학회지
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• 제3권2호
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• pp.48-55
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• 1999

50㎾급 터보제너레이터 가스터빈 엔진에 리쿠퍼레이터가 부착되는 경우 성능 변화를 조사하였다. 리쿠퍼레이터는 군사 및 소형 자동차용 엔진에 경제적 연비와 배기가스 저감의 목적으로 많이 적용되어 왔다. 열역학적 관점에서 볼 때 재생사이클은 압축비 10이하 및 비교적 낮은 터빈 입구온도에서 사이클의 효율 상승에 기여하는 바가 큰 것으로 나타난다. 1축단순사이클 터보제너레이터 가스터빈 엔진에 리쿠퍼레이터를 부착하는 경우 리쿠퍼레이터 효율 $\varepsilon$ = 0.5에서 엔진의 효율은 상대적으로 약 30% 증가하는 것으로 나타났고 이때 열교환기내의 압력 손실은 5.2%로 설계하였다. 용이한 제작, 구조적 견고성, 최소의 누출 둥의 장점으로 튜브형의 열교환 시스템이 본 가스터빈 엔진에 적합한 것으로 판단되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권8호
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• pp.77-84
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• 2003

액체로켓용 터보펌프 터빈 블레이드-디스크의 구조 및 진동 해석이 설계점에서의 구조 강도 및 동특성을 고찰하기 위하여 수행되었다. 터보펌프의 높은 회전 속도로 인하여 구조 해석시 원심력 영향이 주의깊게 고려되었다. 극심한 온도 분포에 따른 열하중 또한 터빈 블레이드-디스크에 작용하는 외부하중으로 고려되었다. MSC/NASTRAN DMAP Alter를 이용한 3차원 유한요소법이 주기 대칭 구조 해석에 적용되었다. 회전 속도에 따른 구조 동특성의 고찰을 위하여 블레이드간 위상차가 고려되었다. 수치해석을 통하여 원심력과 열하중이 터빈 블레이드-디스크에 미치는 영향을 고찰하였다.