• 대한기계학회논문집B
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• 제23권3호
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• pp.419-430
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• 1999

Measurements of local blowing ratio and ammonia-diazo flow visualizations have been conducted for a shower-head film cooling on a first-stage turbine stator. In this study, six rows of normal holes are drilled symmetrically on the semicircular leading edge of a simulated blunt body. The measurements show that for an average blowing ratio based on freestream velocity, M, of 0.5, local average mass flow rate through the first two rows of the holes is less than those through the second and third two rows of the holes, and the fraction of mass flow rate through the first two rows to total mass flow rate has a tendency to increase with the increment of M. The flow visualizations reveal that the injection through the first two row results in inferior film coverage even In the case of M = 0.5, meanwhile the row of holes situated at farther downstream location provides higher film-cooling performances for all tested M. This is because film-cooling effectiveness depends on local mainflow velocity at the hole location as well as the mass flow rate through each row.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제25회 추계학술대회논문집
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• pp.59-63
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• 2005

본 연구는 재순환 유동이 램제트 연소실 슬롯 막냉각에 미치는 영향에 대하여 실험을 수행하였다. 경사진 확장면에 설치된 돌출부를 가진 냉각유로에 의해 발생된 재순환 유동이 다단 슬롯 중 첫 번째 슬롯에 영향을 미치도록 실험 장치를 구성하여, 슬롯 출구 하류에서 속도장, 온도장 및 단열 막 냉각 효율을 측정하였다 슬롯을 통해 분사된 냉각유체는 재순환 유동간의 높은 전단력과 난류강도로 인해 분사 직후 급격히 혼합되어, 냉각 성능이 감소함을 결과를 통해 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권8호
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• pp.641-648
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• 2016

본 연구에서는 수치해석 모델을 기반으로 초음속 막냉각 유동에서 분사 노즐 형상이 냉각성능에 미치는 영향을 분석한다. 노즐의 형상 변수로는 막냉각 노즐의 상부벽면 내외부경사각과 노즐 팁 두께가 고려된다. 해석결과를 통해서, 노즐 상부벽면의 내부경사각이 증가할수록 유량은 감소하지만 유량감소율 대비 막냉각효과 감소는 상대적으로 적음을 확인할 수 있다. 그리고 노즐 상부벽면의 외부경사각과 노즐 팁 두께는 대체적으로 크기가 증가할수록 막냉각 성능을 감소시키지만, 충격파와 막냉각 유동의 간섭이 발생하는 국부적인 영역에서는 냉각성능을 향상시킨다. 이와 같은 해석은 상용소프트웨어인 ANSYS Fluent V15.0을 활용하며, CFD 해석모델은 선행연구의 실험결과와 비교를 통하여 검증된다.

• 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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• 제13권1호
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• pp.10-18
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• 2009

본 연구에서는 평행 벽 제트-노즐 형상의 막냉각 수치해석에 적합한 난류모델을 선정하고자 하였다. 현재 실험을 하기 위한 전 단계이므로, 먼저 유사한 참고 형상에 대해 Standard $k-{\epsilon}$ 모델과 RNG $k-{\epsilon}$ 모델, SST $k-{\omega}$ 모델, 그리고 RSM 모델 등 다양한 난류모델을 적용하였고, Near-wall 처리 방법으로서 SST $k-{\omega}$ 모델을 제외하고는 Standard wall functions와 Enhanced wall functions 등 2종류를 각각의 모델에서 사용하였으며, 실험값과 비교하여 보다 적합한 난류모델을 선정하고자 하였다. 나아가 2차원 축대칭으로 평행 벽 제트-노즐 단일 슬롯 형상에 대해 기선정한 난류모델을 적용하여 막냉각 특성을 살펴보았다. 유사 참고 형상에 대한 해석 결과 Standard $k-{\epsilon}$ 모델 및 RSM 모델이 거의 비슷한 성능을 보여주었으나 수렴성이 우수한 Standard $k-{\epsilon}$ 모델이 선정되었다. 또한 Standard wall functions를 사용하는 것보다 Enhanced wall functions를 사용하는 것이 더 좋은 결과를 보여주었다. 나아가 평행 벽 제트-노즐 단일 슬롯 형상에 적용한 결과 물리적으로 타당한 막냉각 특성을 보여주었다. 선정된 모델 및 해석방법론을 이용하여 평행 벽 제트-노즐 다단 슬롯 형상에 대한 막냉각 해석을 수행할 예정이며, 관련 결과는 추후 실험 예비해석 방법론으로 활용할 예정이다.

• 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.

• International Journal of Fluid Machinery and Systems
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• 제3권2호
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• pp.150-159
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• 2010

Laidback fan shaped film-cooling hole is formulated numerically and optimized with the help of three-dimensional numerical analysis, surrogate methods, and the multi-objective evolutionary algorithm. As Pareto optimal front produces a set of optimal solutions, the trends of objective functions with design variables are predicted by hybrid multi-objective evolutionary algorithm. The problem is defined by four geometric design variables, the injection angle of the hole, the lateral expansion angle of the diffuser, the forward expansion angle of the hole, and the ratio of the length to the diameter of the hole, to maximize the film-cooling effectiveness compromising with the aerodynamic loss. The objective function values are numerically evaluated through Reynolds- averaged Navier-Stokes analysis at the designs that are selected through the Latin hypercube sampling method. Using these numerical simulation results, the Response Surface Approximation model are constructed for each objective function and a hybrid multi-objective evolutionary algorithm is applied to obtain the Pareto optimal front. The clustered points from Pareto optimal front were evaluated by flow analysis. These designs give enhanced objective function values in comparison with the experimental designs.

• 설비공학논문집
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• 제18권9호
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• pp.714-721
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• 2006

In evaporative cooling applications, the evaporation water is supplied usually sufficiently larger than the amount evaporated to enlarge contact surface between the water and the air. Especially in indirect evaporative coolers, however, if the evaporation water flow rate is excessively large, the evaporative cooling effect is not used for heat absorption from the hot fluid but spent to the sensible cooling of the evaporation water itself. This would result in a decrease in the cooling performance of the indirect evaporative cooler. In this study, the effects of the evaporation water flow rate on the cooling performance are investigated theoretically. The cooling process in an indirect evaporative cooler is modeled into a set of linear differential equations and solved to obtain the exact solutions to the temperatures of the hot fluid, the moist air, and the evaporation water. Based on the exact solutions, it is analyzed how much the cooling performance is affected by the evaporation water flow rate. The results show that the decrease in the cooling effectiveness is substantial even for a small flow rate of the evaporation water and the relative decrease is more serious for a high-performance evaporative cooler.

• 설비공학논문집
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• 제17권1호
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• pp.25-32
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• 2005

Falling film heat transfer has been widely used in many applications in which heat and mass transfer occur simultaneously, such as evaporative coolers, cooling towers, absorption chillers, etc. In such cases, it is desirable that the falling film spreads widely on the surface forming thin liquid film to enlarge contact surface and to reduce the thermal resistance across the film and/or the flow resistance to the vapor stream over the film. In this work, the surface is treated to have thin porous layer on the surface. With this treatment, the liquid can be spread widely on the surface by the capillary force resulting from the porous structure. In addition to this, the liquid can be held within the porous structure to improve surface wettedness regardless of the surface inclination. The experiment on the evaporative cooling of an inclined surface has been conducted to verify the effectiveness of the surface treatment. It is measured that the evaporative heat transfer increases about $50\%$ by the porous layer treatment as compared with that from orignal bare surfaces.

• International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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• 제13권2호
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• pp.99-106
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• 2005

Falling film heat transfer has been widely used in many applications in which heat and mass transfer occur simultaneously, such as evaporative coolers, cooling towers, absorption chillers, etc. In such cases, it is desirable that the falling film spreads widely on the surface to form a thin liquid film to enlarge contact surface and to reduce the thermal resistance across the film and/or the flow resistance to the vapor stream over the film. In this respect, hydrophilic treatment of the surface has been tried to improve the surface wettability by decreasing the contact angle between the liquid and the surface. However, the hydrophilic treatment was found not very effective to increase the surface wettedness of inclined surfaces, since the liquid flow forms rivulet patterns instead of a thin film as it flows down the inclined surface and accelerates gradually by the gravity. In this work, a novel method is suggested to improve the surface wettedness enormously. In this work, the surface is treated to have a thin hydrophilic porous layer on the surface. With this treatment, the liquid can spread widely on the surface by the capillary force resulting from the porous structure. In addition to this, the liquid can be held within the porous structure to improve surface wettedness regardless of the surface inclination. The experiment on the evaporative cooling of inclined surfaces has been conducted to verify the effectiveness of the surface treatment. It is measured that the latent heat transfer increases almost by $80\%$ at the hydrophilic porous layer coated surface as compared with the untreated surface.