• 신재생에너지
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• 제8권1호
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• pp.44-51
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• 2012

Due to a high tidal range of up to 10 m on the west coast of Korea, numerous tidal current projects are being planned and constructed. The turbine, which initially converts the tidal energy, is an important component because it affects the efficiency of the entire system. Its performance is determined by design variables such as the number of blades, the shape of foils, and the size of a hub. To design a turbine that can extract the maximum power on the site, the depth and duration of current velocity with respect to direction should be considered. Verifying the performance of a designed turbine is important, and requires a circulating water channel (CWC) facility. A physical model for the performance test of the turbine should be carefully designed and compared to results from computational fluid dynamics (CFD) analysis. In this study, a horizontal axis tidal current turbine is designed based on the blade element theory. The proposed turbine's performance is evaluated using both CFD and a CWC experiment. The sealing system, power train, measuring devices, and generator are arranged in a nacelle, and the complete TCP system is demonstrated in a laboratory scale.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제16권3호
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• pp.291-297
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• 2006

The BVI(blade vortex interaction) noise Prediction has been one of the most challenging acoustic analyses in helicopter aeromechanical Phenomenon. It is well known high resolution airloads data with accurate tip vortex positions are necessary for the accurate prediction of this phenomenon. The truly unsteady time-marching free-wake method, which is able to capture the tip vortices instability in hover and axial flights, is expanded with the rotor flapping motion and trim routine to predict unsteady airloads in forward and descent flights. And Farassat formulation 1-A based on the FW-H equation is applied for the noise prediction considering the blade flapping motion. Main objective of this study is to validate the newly developed prediction code. To achieve the objective, the descent flight condition of AH-1 OLS(operational loads survey) configuration is analyzed using present code. The predicted sectional thrust distribution and sectional airloads time histories show the present scheme is able to capture well the unsteady airloads caused by a parallel BVI. Finally, the predicted noise data, observed in two different positions where are 3.44 times of rotor radius far from the hub center, are quite reasonable agreements with the experimental data compared to the other analysis results.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제3권2호
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• pp.107-111
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• 2017

$1100^{\circ}C$급 가스터빈 동익의 국산화 개발품에 대한 신뢰성을 무고장시험법에 의해 평가하였다. 터빈 동익은 기동, 정지 중에 발생하는 공진 또는 유체유발진동을 겪는 등 터빈 운전 중 상시 다양한 동하중에 노출되어 있으며, 이러한 변동하중은 터빈 동익에 고주기피로손상을 초래한다. 특히 동익의 파손에 의한 사고는 타 설비로의 파급이 크고, 막대한 경제적 피해를 야기하기 때문에, 발전소의 안정적인 운전을 위해 동익의 신뢰성이 우선 검증되어야 한다. 동익에 균열을 일으키기 위해서 전자식 가진기를 이용하여 공진에 의한 증폭된 동하중을 부과하였다. 가스터빈 동익의 수명분포를 와이블 분포로 가정하여 를 시험 시간을 계산하고, 시료 1개의 고장을 허용하는 조건으로 총 5개의 개발품을 대상으로 시험을 수행하여, 개발품 동익의 목표 수명을 90% 신뢰도로 보증할 수 있다는 것을 90% 신뢰수준에서 확인하였다.

• International Journal of Fluid Machinery and Systems
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• 제4권3호
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• pp.334-340
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• 2011

Turbo-pumps have weak points, such as the pumping operation is unstable on the positive slope of the head curve and/or the cavitation occurs at the low suction head. To improve simultaneously both weak points, the first author invented the unique pumping unit composed of the tandem impellers and the peculiar motor with the double rotational armatures. The front and the rear impellers are driven by the inner and the outer armatures of the motor, respectively. Both impeller speeds are automatically and smartly adjusted in response to the pumping discharge, while the rotational torques between both impellers/armatures are counter-balanced. Such speeds contribute to suppress successfully not only the unstable operation at the low discharge but also the cavitation at the high discharge, as verified with the axial flow type pumping unit in the previous paper. Continuously, this paper investigates experimentally the effects of the tandem impeller profiles on the pump performances and the rotational speeds against the discharge, using the impellers whose loads are low and/or high at the normal discharge. The worthy remarks are that (a) the unstable operation is suppressed as expected and the shut off power is scarcely large in the smart control, (b) the blade profile contributes to determine the discharge giving the maximum/minimum rotational speed where the reverse flow may incipiently appears at the front impeller inlet, (c) the tandem impeller profiles scarcely affect the rotational speeds, while the loads of the front and the rear impellers are same, but (d) the impeller with the low load must run faster and the impeller with the high load must run slower at the same discharge to take the same rotational torque, and (e) the reverse flow at the inlet and the swirling velocity component at the outlet of the front impeller with the high load require making the rotational speed of the rear impeller with low load fairly faster at the lower discharge.

• 항공우주기술
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• 제3권2호
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• pp.217-228
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• 2004

본 논문은 복합재 패들형 블레이드를 장착한 축소 힌지없는 로터 시스템의 정지 및 전진 비행조건에 대한 회전시험 기술과 결과에 대한 것이다. 축소 로터 시스템은 실물크기 로터 시스템의 구조 자료를 이용하여 프루드 축소화하였고, 허브 flexure는 동일한 로터의 동력학적 특성을 기준으로 금속재와 복합재 2가지를 제작하였다. 2종류의 힌지없는 허브시스템을 KARI의 GSRTS에 장착후 회전 시험을 실시하여 로터 시스템의 리드래그 감쇠비와 공력 하중을 측정하였다. 리드래그 모드의 감쇠비를 산출하기 위해 MBA(Moving Block Analysis)기법을 사용하였고, 허브와 주축 사이에 6분력 발란스를 장착하고, 블레이드에 스트레인게이지를 부착하여 공력하중을 측정하였다. 시험은 제자리 및 전진비행 조건에 따라 지상 및 풍동에서 각각 수행하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권10호
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• pp.1185-1191
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• 2014

가스터빈 블레이드는 증기터빈 블레이드와 달리 냉각홀 및 냉각유로를 포함한 복잡한 형상으로 되어 있으며 복합화력의 운전특성에 따라 반복적이거나 지속적인 열-기계 하중 조건 하에서 운전된다. 따라서 블레이드는 운전시간에 따라 균일하지 못한 온도 분포나 응력 분포를 보이며, 이는 크리프나 열-기계피로 손상을 유발하며, 결국 가스터빈 블레이드의 수명을 단축시킨다. 결국 다양한 운전 조건에 따라 발생하는 응력을 정확하게 계산하는 것은 설비의 신뢰성을 보장하고 나아가 블레이드와 같은 고온 부품의 정확한 수명을 평가하는데 무엇보다 중요하다. 최근 들어 컴퓨터 기능이 좋아지고 상용 소프트웨어의 성능이 향상되어 실증 시험에 대한 대안으로 유동, 열 및 구조해석을 연결하는 전산해석이 많이 사용되고 있다. 본 논문에서는 가스터빈 실 운전조건을 고려하여 유동-열-구조 해석 기법을 연계하는 유체-구조 연성해석을 통해 블레이드 온도 및 응력분포를 계산하였다. 또한 해석 결과를 토대로 대표적인 손상기구인 크리프 및 열-기계 피로 손상 모델을 이용하여 블레이드의 수명을 평가하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.95-101
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• 2020

풍력터빈 블레이드는 바람의 운동에너지를 축일로 변환하는 장치로서 상대적으로 고속 회전하면서 양력과 항력의 다양한 하중 조합과 진동에 견딜 수 있도록 내구 강도가 큰 경량의 재료를 선택하여 강성을 증가시키는 구조를 갖도록 설계되어야 한다. 본 연구는 CFRP 프리프레그를 사용하여 소형 풍력 블레이드를 제작하는 경우 공정 시간을 단축하는 기술을 개발하려는 목적으로 수행되었다. QBlade 수치해석 프로그램을 사용하여 블레이드의 형상을 결정하였다. 주어진 풍속에서 바람에 의해 부가되는 양력과 항력을 계산하는 유체역학 수치해석을 수행하고, 대표적인 블레이드 구조에 대해 블레이드 외피 재료에 가해지는 폰미세스 응력을 예측하는 재료역학 수치해석을 수행하였다. 인장 강도 시험의 불확실도를 개선하기 위해 ASTM D638 규정을 수정하여 새로운 시편의 형상을 제안하였고, 기존 형상의 인장 강도와 유사한 평균값을 얻되 파단 위치의 재현성이 향상됨을 확인하였다. 일련의 실험을 통해 소형 풍력블레이드의 제작에 블래더 가압 방식을 적용하면 충분한 내구 강도를 확보하면서 공정시간을 단축할 수 있음을 확인하였다.

• 유체기계공업학회:학술대회논문집
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• 유체기계공업학회 2002년도 유체기계 연구개발 발표회 논문집
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• pp.152-157
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• 2002

A cross-flow fan is widely used on many industrial fields: a blower for the general industry, mining industry, automobile and home appliances. The design point of the cross-flow fan is generally chosen by based on the region within low static pressure and high flow rate. It relatively makes high dynamic pressure at low speed because a working fluid passes through an impeller blade twice. However, it has low static pressure efficiency between $30\%$ and $40\%$ because of relative high impact loss. Recently, in the air-conditioning systems, the operating behaviors at the off-design points are highly regarded to broaden the application area for various air-cooling loads. Especially, at the low flow rate, there exists a rapid pressure head reduction, a noise increase and an irregular flow against a rearguider as a scroll of centrifugal fan. Numerical analyses are carried out for cross-flow fan including the impeller, the rearguider and the stabilizer. Numerical domains are discretized by hexahedral cells. Three-dimensional, unsteady governing equations are solved using FVM, SIMPLE algorithm, sliding grid system and standard k-$\epsilon$ turbulence model.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제16권3호
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• pp.5-9
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• 2013

In this study, operational vibration experiment and analysis have been conducted for the 4-blade small vertical-axis wind turbine (VAWT) including the effect of tower elastic behavior. Computational structural dynamics analysis method is applied to obtain Campbell diagram for the VAWT with elastic tower. An open type wind-tunnel is used to change and keep the wind velocity during the ground test. Equivalent elastic tower is used to support the VAWT so that the effect of elastic stiffness of the tower can be considered in the present vibration experiment. Various excitation conditions with wind loads are considered and the dominant operating vibration phenomena are physically investigated in detail.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.57.1-57.1
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• 2011

본 논문에서는 소음을 저감하고 구조적 안전도를 향상시키기 위하여 10kW급 소형 복합재 풍력터빈 블레이드를 해석, 설계하였다. 풍력터빈 블레이드 설계의 기본 사항에 맞추어 블레이드의 스팬 길이는 약 4m, 중량은 30kg 내외가 되도록 설정하였다. 풍력발전기용 블레이드는 경량화가 중요하므로 유리섬유복합재 (glass fiber reinforce pastics), 탄소섬유복합재 (carbon fiber reinforced plastics)가 사용되었다. 본 설계에서는 Carbon prepreg (WSN3KY), Carbon UD(UIN150c), E-glass 등을 사용하였다. 상용 유한요소 프로그램인 NASTRAN을 이용해 Carbon prepreg (WSN3KY), Carbon UD (UIN150c)의 탄소섬유복합재만으로 구성된 블레이드 구조해석을 수행한 결과 중량 조건 및 강도의 안전도는 충족되었으나, 높은 가격을 감안하여 E-glass와 조합하여 블레이드를 재설계할 예정이다. 이번 설계는 소형 풍력발전용 블레이드 설계이므로 좌굴은 고려하지 않았으며, 향후 필요에 따라서 좌굴 및 피로해석도 수행하여 검증할 예정이다. 그리고 블레이드가 복합재로 구성되면 감쇠력이 감소할 가능성이 있다. 탄소섬유복합재로만 구성된 블레이드 구조해석에서도 최대 40cm의 변형이 예측되었으며, 감쇠값 저하 문제도 고려하여야 될 것 같아 BEMT (Blade Element Momentum Theory) 공력모델을 이용해 구조-유체 연성 결합 해석을 수행할 계획이다.