• 대한기계학회논문집B
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• 제39권8호
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• pp.661-668
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• 2015

본 연구에서는 풍력발전분야의 블레이드 공력설계 및 성능해석에 적용되고 있는 날개요소운동량이론을 이용한 조류터빈 블레이드 형상설계 방법론을 제시하였으며, S814 단일 에어포일로 구성된 2 블레이드 형식의 1MW급 수평축 블레이드 형상설계 결과를 제시하였다. 조류터빈 블레이드는 해양환경에서 운전되는 특성 상 블레이드 팁 근방에서 캐비테이션 발생으로 인한 문제가 상존하므로, 설계초기단계에서 신중히 고려되어야 한다. 본 연구를 통해 설계된 1MW 조류터빈 블레이드의 유동특성분석 및 출력성능해석을 위해 캐비테이션 모델이 고려된 CFD 해석을 수행하였으며, 블레이드 팁 근방 흡입 면 및 압력 면에서 캐비테이션이 발생하고 있음을 확인하였다. 최대 출력계수는 설계 주속비 7의 조건에서 47%로 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권4호
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• pp.1533-1539
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• 2013

본 논문에서는 층류 및 난류 유동 특성 중 경계층 두께와 배제 두께, 그리고 모멘텀 두께에 대한 기존의 이론값과 실제 CFD 해석을 통한 수치해석의 데이터를 비교하였다. Freestream velocity는 Reynolds 수에 영향을 주게 되고, airfoil 주변에서의 유동의 층류 및 난류에 영향을 주게 된다. 층류 및 난류의 경우 유동특성이 달라 경계층 두께 및 배제두께, 그리고 모멘텀 두께가 달라지게 되고, 결국 airfoil의 공력특성인 양력과 항력, 그리고 pitching moment에 영향을 주며, separation point도 다양한 angle of attack에서 바뀌게 된다. 이번 연구에서의 목적은 비점성 유동과, 층류 및 난류 각 경우에 대한 유동특성에 대해 알아보는 것이다. 연구에서 사용된 airfoil의 경우 c=1인 Joukowski airfoil을 사용하였으며, CFD는 상용 프로그램인 Fluent 6.0을 통해 NACA-0012 airfoil을 사용하였다. 층류 및 난류에서의 $Re_c$는 $Re_c$=3,000, 700,000이며 각각에 해당하는 속도는 0.045, 10 m/s이다. 본 연구를 통해 기존의 실험값과 수치해석의 결과가 잘 일치함을 알 수 있으며, 이를 통해 다양한 airfoil의 형상을 모델링할 수 있는 근거를 마련하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권5호
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• pp.513-520
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• 2014

무인비행체는 소형화, 경량화가 중요하기 때문에 동력장치에 한계가 있다. 공력성능을 향상을 위해 항공기의 크기나 무게에 영향을 주지 않는 블레이드의 형상의 변화를 주는 것이 가장 효율적이다. 본 연구에서는 제자리 비행을 하는 멀티로터 무인비행체에 있어 단일 로터 블레이드의 테이퍼 비율, 비틀림 각도 등에 따른 추력성능의 변화를 전산유동해석 시뮬레이션을 통해 수행하였다. 전산유동해석 코드인 ADINA-CFD 를 통해 얻은 수치 결과를 깃 요소 이론(blade element theory, BET)과 비교하였으며, 블레이드의 형상 변화가 추력성능에 영향을 미치는 것을 확인하였다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제1회(2012년)
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• pp.5-8
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• 2012

임계마하수란 에어포일의 표면에서 음속에 도달하는 부분이 생기기 시작하는 가장 낮은 Mach number라 한다. 임계마하수는 천음속에서 자유류가 임계마하수보다 조금 커지면 항력이 급격하게 증가하게 된다. 그렇기 때문에 임계마하수가 큰 에어포일이 천음속 항공기 설계에 있어서 매우 중요한 역할을 하게 된다. 이번 연구는 학부과정에서 배운 임계마하수에 대해 정의하고, EDISON_CFD를 이용하여 에어포일에 따라서 임계마하수가 달라지는 것을 확인해 보았다. 그 결과 에어포일이 두꺼워질수록 낮은 마하수에서 Shock이 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 마지막으로 EDISON_CFD를 이용하여 계산된 임계마하수 값과 이론값을 비교한 결과, 높은 정확도를 확인할 수 있었다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제1회(2012년)
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• pp.113-116
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• 2012

본 연구에서는 마하수 변화에 따른 층류유동 변화를 살펴보았다. 해석 프로그램은 EDISON_CFD를 이용하고, EDISON_CFD에서 사용한 수치기법과 Scheme에 대해서 언급한다. CFD기법을 이용하여 해석한 결과를 경계층조건의 이론 해석방법인 Blasius Boundary Layer와 비교하였다. 각 요소마다 해석한 결과를 통하여 층류 경계층의 특성을 살펴보았다. 그 결과 마하수 증가에 따른 평판의 온도 증가와 밀도 감소가 경계층을 선형적으로 증가시키는 것을 보았다. 또한 마하수 증가에 따른 점성계수의 증가를 살펴봄으로서 층류유동에서 마하수의 증가는 점성에 의한 운동량 확산을 증가시킨다는 것을 보았다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2004년도 추계학술대회논문집
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• pp.916-919
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• 2004

The monopole theory has long been used to model air-pumped effect from the elastic cavities in car tire. This approach models the change of an air as a piston moving backward and forward on a spring and equates local air movements exactly with the volume changes of the system. Thus, the monopole theory has a restricted domain of applicability due to the usual assumption of a small amplitude acoustic wave equation and acoustic monopole theory. This paper describes an approach to predict the air-pumping noise of a car ave with CFD/Kirchhoff integral method. The type groove is simply modeled as piston-cavity-sliding door geometry and with the aid of CFD technique flow properties in the groove of rolling car tyre are acquired. And these unsteady flow data are used as a air-pumping source in the next Cm calculation of full tyre-road geometry. Acoustic far field is predicted from Kirchhoff integral method by using unsteady flow data in space and time, which is provided by the CFD calculation of full tyre-road domain. This approach can cover the non-linearity of acoustic monopole theory with the aid of using Non-linear governing equation in CFD calculation. The method proposed in this paper is applied to the prediction of air-pumping noise of modeled car tyre and the predicted results are qualitatively compared with the experimental data.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 2008년도 춘계학술 발표회
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• pp.179-186
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• 2008

현재 대부분의 산업용 열기관은 효율을 높이기 위하여 연소에 사용되는 공기를 예열하는 방법을 사용한다. 하지만, 산업용 열기관에서 평균적으로 발생되는 $1000^{\circ}C$ 이상의 배기가스는 일반 금속 열교환기에는 적합하지 않다. 이에 반해 세라믹 열교환기의 경우 고온에서 견디는 장점이 있다. 본 연구에서는 기본적인 열교환기 설계 이론을 이용하여 설계프로그램을 제작하였다. 또한 세라믹 열교환기 내 열 유체 거동을 CFD 상용코드인 FlUENT 6.2를 이용한 전산해석을 수행하여 설계결과를 비교 검증하였다. 설계 결과에서 휜의 형태 변화에 따라 열전달율과 온도구배는 무시할 수 있을 정도로 작았으나, 압력강하는 크게 변동되는 결과가 도출되었다. 제한된 모듈 크기에서 휜 간거리는 휜의 두께에 비해 약 3배 이상 클 경우가 적당하며, 판(plate)의 두께는 작을수록 압력손실이 적고, 열전달율이 상승하지만 두께가 너무 얇게 된다면 제작상의 어려움이 생긴다. 향후 연구에서는 단순한 구조에서 벗어나 off-set이나 판형구조를 고려하여 설계함으로서 열전달 면적을 넓히거나 난류유동을 발생시켜 열전달율을 높이는 연구를 진행 할 필요가 있다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제17권3호
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• pp.167-173
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• 2014

본 연구에서는, 블레이드 요소-모멘텀 이론을 바탕으로, 최대 출력계수를 갖는 직경 80 cm의 실험실용 수평축 조류 터빈의 형상을 제시하고, 블레이드 피치각이 변할 때 출력계수의 변화 경향을 조사하였다. 또한 ANSYS-Fluent를 이용한 전산유체해석을 실시하여, 주어진 블레이드 피치각에 대하여 블레이드 요소-모멘텀 이론으로 계산한 출력계수를 검증하였다. 전산유체해석에는 계산 영역의 직경과 길이를 조류 터빈 반경의 15배로 하였고, 계산 영역의 경계에는 열린 경계조건을 인가하였다. 블레이드 요소-모멘텀 이론과 전산유체해석으로 계산한 조류 터빈의 최대 출력계수 약 48%로 서로 잘 일치하였다. 블레이드 피치각을 증가한 경우에는 두 방법으로 산출한 출력계수가 모두 감소하는 경향을 보였고, 그 값들도 서로 유사하였다. 이로부터, 블레이드 요소-모멘텀 이론을 기반으로 설계한 조류 터빈 형상 및 다양한 조건에서 대한 출력계수의 신뢰성을 확인하였다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제10권3호
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• pp.1-8
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• 2005

In this study, unsteady aerodynamic analyses of a wedge-type airfoil based on nonlinear piston theory and Euler equations have been performed in supersonic and hypersonic flows. The third-order nonlinear piston theory (NPT) to calculate unsteady lift and moment coefficients is derived and applied in the time-domain. Also, unsteady flow quantities are obtained from the two-dimensional time-dependent Euler equations. For the CFD based unsteady aerodynamic analyses, an arbitrary Lagrangean-Eulerian (ALE) formulation for the Euler equations is used to calculate flow fluxes in the computational flow field with moving boundaries. Numerical comparisons for unsteady lift and moment coefficients are presented between NPT and Euler approaches. The results show very good agreements in the high supersonic and hypersonic flows. It means that the present NPT can be efficiently used to predict unsteady aerodynamic forces ol wedge type airfoils with dynamic motions in the high supersonic and hypersonic flow regimes.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.57.2-57.2
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• 2011

In this study, the effects of shear flows around a 2-dimensional airfoil, S809 on its aerodynamic characteristics were analyzed by CFD simulations. Various parameters including reference inflow velocity, shear rate, angle of attack, and cord length of the airfoil were examined. From the simulation results, several important characteristics were found. Shear rate in a flow makes some changes in the lift coefficient depending on its sign and magnitude but angle of attack does not have a distinguishable influence. Cord length and reference inflow also cause proportional and inversely proportional changes in lift coefficient, respectively. We adopted an analytic expression for the lift coefficient from the thin airfoil theory and proposed a modified form applicable to the traditional load analysis procedure based on the blade element momentum theory. Some preliminary results applied to an well known load simulation software, FAST, are presented.