• 대한기계학회논문집B
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• 제25권11호
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• pp.1543-1551
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• 2001

The characteristics of starting flow of a six-blade Rushton turbine mixer were investigated by using a cinematic Particle Image Velocimetry technique. The flows were quantified by measurements of velocity fields with a 4 ms time interval for a blade rotational speed of 100 r.p.m, so that the turbine Reynolds number(ND$^2$/ ν) was fixed to 6,960. The radial shedding of the trailing vortices starts from passing four blades after the beginning of rotation. It clearly shows that the vortex pairing phenomena caused by the interactions between trailing cortices firm consequtive blades. The average convection velocity of the radial flow is found to be 28 % of the tip velocity. The starting flow seems to arrive at a steady state after 8 revolutions in this study, which corresponds nearly one circulation through the bulk flow trajectory with the average radial convection velocity.

• 수산해양기술연구
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• 제29권3호
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• pp.220-228
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• 1993

This paper presents a description and evaluation of a detailed mathematical simulation for the steady and unsteady flow in a radial inflow-turbine which is most frequently used, at present, for exhaust gas turbochargers of internal combustion engines. As a method of computation, the two-step differential Lax-Wendroff method and the characteristic method were used. The turbine characteristics, the mass flow rate, the power output and fluid movements at the turbine scroll inlet were compared with the experiment data. The results of the simulation were in good agreement with experimental values under both steady and unsteady flow conditions.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제19권2호
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• pp.682-691
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• 2005

This paper describes the design, fabrication, and testing of a microturbine developed at Seoul National University. Here, the term 'microturbine' refers to a radial turbine with a diameter on the order of a centimeter. Such devices can be used to transmit power for various systems. The turbine is designed using a commercial CFD code, and it has a design flow coefficient of 0.238 and work coefficient of 0.542. It has 31 stator blades and 24 rotor blades. A hydrodynamic journal bearing and hydrostatic thrust bearings counteract radial and axial forces on the rotor. The test turbine consists of a stack of five wafers and is fabricated by MEMS technology, using photolithography, DRIE, and bonding processes. The first, second, fourth, and fifth layers contain plumbing, and hydrostatic axial thrust bearings for the turbine. The third wafer contains the turbine's stator, rotor, and hydrodynamic journal bearings. Furthermore, a turbine test facility containing a flow control system and instrumentation has been designed and constructed. In performance tests, a maximum rotation speed of 11,400 rpm and flow rate of 16,000 sccm have been achieved.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제35권6호
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• pp.757-764
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• 2011

본 연구에서는 폐열회수 발전시스템에 적용가능한 100kW급 구심터빈을 대상으로 베인노즐의 출구각도 변화에 따른 구심터빈의 성능과 내부유동의 영향을 분석하였다. 이를 위해 상용코드를 이용한 3차원 CFD 해석을 수행하였다. 베인노즐 출구각이 커짐에 따라 블레이드 근처 재순환영역은 점차 작아 졌으며, 또한 단면축소효과로 인해 베인노즐 출구끝단 마하수는 1까지 관찰되었다. 본 연구를 통해 분석된 해석결과는 목표출력용 구심터빈의 최적 설계파라미터 구성을 위한 설계자료로 유용하게 활용될 것으로 기대된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권9호
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• pp.943-954
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• 2010

본 연구에 적용된 터빈은 반경류형이며, 동익의 외경은 108 mm이다. 터빈은 1.4-4.1%의 낮은 부분분사율에서 작동하므로 익형은 축류형으로 설계되었으며 3단으로 구성되었다. 터빈에서 부분분사율과 팁간극 및 노즐유동각의 변화에 따른 성능의 변화를 측정하였다. 또한 터빈의 단수를 변경하면서 각 단수에서 발생되는 출력의 차이에 대한 측정이 이루어졌다. 본 연구의 터빈은 다양한 작동조건에서 운전되므로 넓은 작동범위에 따른 비교를 위하여 회전수를 변경하면서 탈설계 영역에서의 성능 평가가 이루어졌다. 뿐만 아니라 다양한 작동조건에 합당한 시스템의 평가를 위하여 총비오크가 얻어졌다. 아울러 소형터빈의 설계 및 성능예측을 위하여 유동해석을 수행하였으며 얻어진 예측의 결과는 실험으로 얻어진 결과와 잘 일치하였다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제16권3호
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• pp.10-17
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• 2013

The organic Rankine cycle has been widely used to convert the renewable energy such as the solar energy, the geothermal energy, or the waste energy etc., to the electric power. Some previous studies focused to find what kind of refrigerant would be a best working fluid for the organic Rankine cycle. In this study, R245fa was chosen to the working fluid, and the cycle analysis was conducted for the output power of 30kW or less. In addition, properties (temperature, pressure, entropy, and enthalpy etc.) of the working fluid on the cycle were predicted when the turbine output power was controlled by adjusting the mass flowrate. The configuration of the turbine was a radial-type and the supersonic nozzles were applied as the stator. So, the turbine was operated in partial admission. The turbine efficiency and the optimum velocity ratio were considered in the cycle analysis for the low partial admission rate. The computed results show that the system efficiency is affected by the partial admission rate more than the temperature of the evaporator.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제39권7호
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• pp.735-743
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• 2015

유기랭킨사이클의 열역학적 효율에 큰 영향을 미치는 구성요소는 터빈이다. 일반적으로 유기랭킨사이클에서 팽창과정은 작동유체의 급격한 물성치 변화를 수반하므로 터빈의 설계에 많은 어려움이 따른다. 그러므로 효율이 우수한 터빈의 개발을 위해서는 정밀한 터빈의 예비설계가 요구된다. 반경류터빈의 효율은 loading과 flow 계수에 큰 영향을 받으므로 터빈의 예비설계에서 이러한 변수의 선정이 매우 중요하다. 그러나 기존의 성능곡선으로부터 loading과 flow 계수를 선정하는 고전적인 방법을 이용할 경우 정밀한 예비설계를 기대하기 힘들다. 그러므로 본 연구에서는 로터 깃의 개수와 열역학적 설계조건으로부터 loading과 flow 계수를 산출하는 방법을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 예비설계모델을 이용하여 예비설계를 수행한 결과는 공신력 있는 상용예비설계프로그램을 이용한 결과와 비교하여 만족스러운 것을 확인하였다. 또한 예비설계모델의 정확성을 검증하기 위해 예비설계한 반경류터빈에 대한 수치해석을 수행하였으며 효율을 제외한 대부분의 변수들이 예비설계조건을 비교적 충족하는 것을 확인하였다.

• 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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.179.2-179.2
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• 2010

This research has been performed to provide fundamental design aspects of Permanent Magnet Synchronous Generators(PMSGs) for a kilowatt class wind turbine. When it comes to kilowatt class wind turbines, the typical type of generators are Axial Flux Permanent Magnet(AFPM) generators. However, Radial Flux Permanent Magnet(RFPM) generators have been optimally designed to study the output characteristics of a kilowatt class wind turbine in Graduate School of Wind Energy, POSTECH. An existing squirrel-cage rotor has been modified for another newly designed permanent magnet rotor to utilize the commercially existing stator rotor. Electromagnetic analysis utilizing Finite Element Methods tools(ANSYS, MAXWELL 2D) has been applied to analyze the system.

• Wind and Structures
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• 제33권6호
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• pp.437-446
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• 2021

As wind turbine rotors increase, the overall loads and dynamic response become an important issue. This problem is augmented by the exposure of wind turbines to severe atmospheric events with unconventional flows such as tornadoes, which need specific designs not included in standards and codes at present. An experimental study was conducted to analyze the loads induced by a tornado-like vortex (TLV) on horizontal-axis wind turbines (HAWT). A large-scale tornado simulation developed in The Wind Engineering, Energy and Environment (WindEEE) Dome at Western University in Canada, the so-called Mode B Tornado, was employed as the TLV flow acting on a rigid wind turbine model under two rotor operational conditions (idling and parked) for five radial distances. It was observed that the overall forces and moments depend on the location and orientation of the wind turbine system with respect to the tornado vortex centre, as TLV are three-dimensional flows with velocity gradients in the radial, vertical, and tangential direction. The mean bending moment at the tower base was the most important in terms of magnitude and variation in relation to the position of the HAWT with respect to the core radius of the tornado, and it was highly dependent on the rotor Tip Speed Ratio (TSR).