• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.55.1-55.1
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• 2011

풍력터빈에 적용되는 제어로직에 대한 검증을 실험실 기반에서 검증하기 위해서는 바람 및 터빈에 대한 적절한 모델링이 선행되어야 한다. 특히 피치 및 토크제어에 대한 특성을 검증하기 위해서는 블레이드 공력특성 및 터빈의 동특성에 대한 반영이 필연적이다. 본 논문에서는 풍력터빈 적용 제어로직 검증을 위하여 대상터빈에 대한 스케일링 결과, 바람을 모사하기 위한 구동장치 동작 및 터빈 모사장치에 대한 설계 결과에 대하여 소개하도록 한다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2007년도 제29회 추계학술대회논문집
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• pp.297-301
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• 2007

초음속 충동형 터빈과 같이 종횡비가 작은 경우 로터 익형은 반경방향으로 동일한 단면을 갖는 형태로 구현된다. 이 경우 터빈 로터는 터빈 동익의 프로파일 직경에 따라 설계에서 의도하지 않은 유로면적분포와 터빈 성능의 차이를 보인다. 본 연구에서는 터빈 동익 프로파일을 정의하는 직경이 터빈 성능에 미치는 영향을 고찰하기 위하여 3개의 다른 위치에서 정의된 터빈 로터에 대한 유동해석을 수행하고 결과를 고찰하였다. 계산 결과 팁에서 단면이 정의된 경우 설계에서 의도한 유로면적 변화를 보이며 다른 프로파일 직경에서 정의된 터빈에 비해 우수한 성능을 보임을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.433-433
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• 2021

본 연구는 개수로 흐름에서 조류발전단지의 터빈 최적 배열의 거시적 특성에 관한 연구를 수행하였다. 천수방정식을 통해 직사각형 개수로의 흐름장을 해석하였고, 상류와 하류단에 대해 각각 유입경계조건(inlet boundary condition)과 Flather 형식의 개방경계조건(open boundary condition)을 부여하여 일정 유량으로 흐르는 개수로 흐름을 구현하였다. 더불어, Strickler의 법칙을 확장한 반력공식을 연계하여, 개수로 흐름에 대한 조류 터빈의 영향을 반영하였다. 주어진 상류의 흐름 조건에 대해 조류발전량을 최대로 하는 최적 배열을 구하기 위해 터빈 반력모형을 연계한 천수방정식, 터빈간 최소간격, 그리고 발전단지영역을 제한조건으로 하는 발전량 최대화 문제를 구성하였다. 여기서 조류 터빈의 위치를 나타내는 벡터를 설계변수로 두었는데, 설계되는 터빈의 수가 증가함에 따라 최적화 문제의 계산량이 증가하지 않도록 수반법(adjoint method)을 경사도기반법(gradient-based method)에 연계한 방법이 이용되었다. 다수의 터빈초기배치로 상당한 수치실험이 수행되었고, 발전량 최대화를 이루도록 최적화된 터빈의 배치들이 큰 규모에서 고유한 형상으로 수렴함을 확인하였다. 이러한 특성은 발전단지의 너비와 터빈의 최소간격의 함수로 정의된 무차원수 E를 바탕으로 설명되었다. 구체적으로, E가 1보다 작을 때에는 선형배열이 최적배열로 나타났고, E가 1을 넘어 점차 커짐에 따라 하류에 오목한 형상을 보이다가 V-형태로 발전하는 양상을 보였다. 또한, 어느 임계 수 이상의 터빈이 배치되는 경우 일열 배열을 유지하지 못하고 이열 배열로 분리됨이 관찰되었다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제40권6호
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• pp.484-492
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• 2016

유기랭킨사이클의 열역학적 효율에 지대한 영향을 미치는 구성요소는 터빈이며, 성능이 우수한 터빈의 원활한 개발을 위해서는 정밀한 예비설계 뿐만 아니라 성능 예측을 위한 유동해석과 구조적인 안전성을 평가하기 위한 구조해석이 필수적이다. 그러나 현재 이러한 포괄적인 유기랭킨사이클용 반경류 터빈에 대한 개발 내용을 포함한 연구사례를 찾아보기 힘들다. 본 연구에서는 유기랭킨사이클용 반경류 터빈에 대한 예비설계를 수행하고 유동해석 뿐만 아니라 구조해석을 수행하였다. 예비설계에는 인하우스 코드 형태로 개발된 RTDM이 사용되었으며 그 결과는 유동해석 결과로부터 설계목표를 충족하는 것으로 나타났다. 예비 설계한 터빈에 대한 구조해석은 선정한 터빈의 재료가 예비 설계한 터빈의 유동조건에 적합한지 여부를 판단하기 위하여 수행되어야 하며, 구조해석 결과로부터 본 연구에서 선정한 알류미늄 합금은 예비 설계한 터빈의 유동조건에 적합한 것으로 판단되었다. 그러나 예비설계 알고리즘 및 수치해석 기법에 대한 신뢰성은 실증실험을 통하여 엄밀히 검증되어야 할 것으로 판단된다.

• 신재생에너지
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• 제3권3호
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• pp.63-71
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• 2007

본 연구의 목적은 3차원 풍력터빈 블레이드 최적형상설계를 위한 실용적이고 효율적인 설계과정을 구현하는 것이다. 국내 연안의 해상풍력에 적용하기 위해서 통계적 모델을 이용하여 풍황자료를 분석하였다. 설계에 관련된 많은 수의 설계변수를 효과적으로 관리하기 위해서 설계과정은 운용조건 최적화와 블레이드 형상설계의 2단계로 구성하였다. 실험계획법에 의해 추출된 각 운용조건 설계점은 형상설계를 위한 입력 값으로 제공된다. 형상설계 단계에서는 최소에너지손실 조건과 결합된 BEMT를 이용하여 각 블레이드 단면에서의 시위길이와 피치각 분포를 최적화하였다. 블레이드 단면 익형은 NREL S830을 이용하였고, 익형의 공력성능은 XFOIL을 이용하여 예측하였다. 설계된 블레이드 형상의 성능해석을 수행하고 그 결과를 바탕으로 반응면을 구성하였다. 좀 더 나은 성능을 가진 블레이드 형상을 찾기 위해서 초기설계공간에서 확률적 방법을 이용하여 타당성 있는 설계공간까지 운용조건 설계변수를 이동시키고 구배최적화 기법을 통해 각각의 제약함수를 만족하면서 연간에너지생산량을 최대로 하는 최적블레이드 형상을 구현하였다. 제시된 최적설계과정은 풍력터빈블레이드 개발에 실용적이고 신뢰성 있는 설계툴로서 사용이 가능하다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제37권1호
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• pp.78-84
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• 2013

이 논문은 수직축 헬리컬 풍력터빈을 이용한 360 W급 풍력터빈나무(wind turbine tree)를 개발하는데 목적이 있다. 설계를 수행한 100 W 급 헬리컬 풍력터빈을 공력해석을 통해 성능을 예측하였다. 풍력터빈 1개의 성능 분석을 한 후 하나의 풍력단지와 같이 하나의 풍력터빈 나무에 4개의 풍력터빈을 설치하여 유동해석 시 출력의 변화를 확인하였다. 본 연구의 결과로부터 수직축 헬리컬 풍력터빈 나무의 결과를 속도분포와 압력분포로 도출하였고, 수치해석으로부터 정격출력 360 W 이상을 확보할 수 있음을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.432-436
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• 2007

본 연구의 목적은 3차원 풍력터빈 블레이드 최적형상설계를 위한 실용적이고 효율적인 설계 과정을 구현하는 것이다. 국내 연안의 해상풍력에 적용하기 위해서 통계적 모델을 이용하여 풍황 자료를 분석하였다. 설계에 관련된 많은 수의 설계변수를 효과적으로 관리하기 위해서 설계과정은 운용조건 최적화와 블레이드 형상설계의 2단계로 구성하였다. 실험계획법에 의해 추출된 각 운용조건점은 형상설계를 위한 입력값으로 제공된다. 형상설계 단계에서는 최소에너지손실 조건과 결합된 BEMT를 이용하여 각 블레이드 단면에서의 시위길이와 피치각 분포를 최적화하였다. 블레이드 단면 익형은 NREL S830을 이용하였고, 익형의 공력성능은 XFOIL을 이용하여 예측하였다. 설계된 블레이드 형상의 성능해석을 수행하고 그 결과를 바탕으로 반응면을 구성하였다. 좀 더 나은 성능을 가진 블레이드 형상을 찾기 위해서 초기설계공간에서 확률적 방법을 이용하여 타당성 있는 설계공간까지 운용조건 설계변수를 이동시키고 구배최적화 기법을 통해 각각의 제약함수를 만족하면서 연평균발생에너지를 최대로 하는 최적블레이드 형상을 구현하였다. 제시된 최적설계과정은 풍력터빈블레이드 개발에 실용적이고 신뢰성 있는 설계툴로서 사용이 가능하다.

• 한국추진공학회지
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• 제17권1호
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• pp.97-102
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• 2013

초고속 비행체에 적용 가능한 소모성 터빈엔진 개발을 위한 사전연구를 수행하였다. 엔진 요구도 결정을 위한 가상 운용임무형상을 선정한 후, 유사급 엔진과 참고문헌 등을 통해 확보된 설계변수 값을 활용하여 설계점 해석을 수행하였는데, 해면고도, 마하수 1.2 조건에서 터빈입구온도 3,600 R에 대한 설계점 계산결과, 비추력 2,599.4 ft/s, 비연료소모율 1.483 lb/(lb*h)이 예측되었다. 두 가지 임무형상에 대한 엔진 성능해석결과로부터 엔진 최대 순추력을 결정하는 설계변수는 천음속 및 낮은 초음속영역에서는 터빈입구온도, 높은 초음속 영역에서는 압축기 출구온도임을 확인하였다. 이밖에도 단순, 저가, 경량의 터빈엔진형상으로 축류형 다단압축기와 직류형 연소기, 1단 축류터빈, 고정 수축팽창 노즐이 적용된 단순터보제트엔진을 제시하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제14권5호
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• pp.65-71
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• 2010

75톤급 개방형 액체로켓용 터보펌프 터빈의 성능시험을 수행하였다. 넓은 압력비와 회전수 영역에서 터빈의 출력을 측정하였으며 이를 통해 터빈로터 전후의 유동특성을 파악하였다. 아울러, 터빈의 효율 변화 및 측정된 로터입구의 압력을 기 개발된 30톤급 터빈과 비교하였으며 이를 바탕으로 설계 의도에 부합되는 향상된 성능의 동익을 재설계하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제34회 춘계학술대회논문집
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• pp.38-44
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• 2010

75톤급 개방형 액체로켓용 터보펌프 터빈의 성능시험을 수행하였다. 넓은 압력비와 회전수 영역에서 터빈의 출력을 측정하였으며 이를 통해 터빈로터 전후의 유동특성을 파악하였다. 이와 함께 터빈의 효율 변화 및 측정된 로터입구의 압력을 기 개발된 30톤급 터빈과 비교하여 설계 의도에 부합되는 향상된 성능의 동익을 재설계하였다.