• 해양환경안전학회지
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• 제18권2호
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• pp.145-152
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• 2012

최근 지구온난화 문제가 대두되면서 신재생에너지 개발을 위한 여러 기술적인 해결책이 제시되고 있는데, 그 중 산업적으로 크게 주목을 받고 있는 분야가 바로 해양에너지이다. 삼면이 바다로 둘러싸인 우리나라는 부존자원이 풍부하여 조력, 조류, 파력에너지에 대한 실용화 기술이 요구되고 있으며, 특히 빠른 조류흐름을 이용하는 조류발전은 해양환경에 거의 영향을 끼치지 않는 친환경적인 발전 방법이다. 조류발전은 조수간만에 의해 발생되는 해수의 자연적인 수평 유체흐름을 로터 및 발전기를 설치하여 회전운동으로 변환시켜 전력을 생산하는 발전 형태이다. 조류발전은 로터의 방향에 따라 크게 수평축 형태와 수직축 형태로 구별할 수 있으며, 발전량은 로터 단면의 크기와 조류속도에 따라 큰차이가 난다. 따라서 본 연구는 저수심형 100 kW급 수평축 조류발전 터빈의 성능해석을 위하여 상용 ANSYS-CFX를 이용하여 3차원 유동해석및 성능평가를 수행하였고, 유동해석을 통해 회전하는 로터 블레이드 표면 유선, 로터 주변 3차원 유동특성에 대해 고찰을 하였다. 그 결과 토크는 터빈의 날개가 증가함에 따라 증가하다가 TSR 3.77에서 최대토크가 발생하였으며, 그 이후 날개끝 속도비가 증가해도 토크는 감소하였다. 또한, 설계유속에서 0.38의 최대 출력계수를 얻었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권7호
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• pp.441-448
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• 2016

프로펠러에 의한 추력은 유체의 유입 속도와 익의 회전속도에 의해 생성되며 그 성능을 전진비, 추력계수, 동력계수와 같은 무차원수로 나타내고 있다. 이 연구에서 회전체의 성능을 분석하기 위한 수치적 방법으로 STL형식의 회전체 형상을 인식할 수 있는 가상경계법을 적용한 격자볼쯔만법을 제안한다. 이 가상경계법으로 프로펠러의 회전에 의한 유동을 구현하기 위해서 프로펠러의 표면 격자점에서 속도와 유동장의 격자점에서 유속의 차를 이용하여 계산한 체적력을 볼쯔만방정식의 외력항으로 적용하게 된다. 제안한 방법을 검증하기 위하여 4개의 익을 가지고 있는 프로펠러를 이용해 레이놀즈수가 100, 500, 1000이고 전진비가 0.2~1.4일 때 유동해석을 수행하였으며 그 결과로 부터 전형적인 프로펠러의 성능특성을 얻을 수 있었다. 높은 레이놀즈수와 전진비를 갖는 유동에서 해석 안정성을 확보하기 위해서는 익의 표면에 구성한 최대 격자의 크기와 유동장에 구성한 격자 크기의 비가 3 이하로 유지해야 하며 충분히 긴 후류영역을 확보할 필요가 있다.

• 항공우주기술
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• 제4권2호
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• pp.50-59
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• 2005

본 연구에서는 개발된 테일팬 1차 시제품의 성능시험에 대한 것이다. 한국항공우주연구원에서는 헬리콥터용 반 토오크 시스템으로 테일팬 시스템을 개발하였으며, 제작된 1차 시제품의 성능시험을 위해 테일팬 성능시험장치를 제작하였다. 테일팬 성능시험을 위해 먼저 시험장치에 대한 제작 검증용 시험을 수행하였고, 다음으로 팬블레이드와 시험장치의 고유진동수를 확인하였다. 성능 시험용 시험장치 운용회전수를 결정하기 위한 운용시험을 수행하였다. 테일기어박스(TGB)에 가속도계를 부착하여 단계적으로 회전수와 부착물들을 변화시켜가며 고유진동수와 진동 레벨을 확인하였다. 운용시험 결과로부터 테일팬 성능시험용 시험장치 운용회전수를 결정하였고, 무풍조건과 비행 조건에 따른 성능시험을 수행하였다. 측정된 데이터는 무차원화하여 분석하였고, 이 결과로 개발 시제품이 성능 요구조건을 만족시킴을 확인할 수 있었다.

• 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.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권1호
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• pp.52-58
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• 2018

팁젯 방식으로 구동하는 로터의 정지 비행시 동특성에 관한 연구를 수행하였다. 내부에 유로가 삽입되어 있는 블레이드에 대해서 단면 모델링을 수행하였으며, 로터 시스템의 구성 요소들을 모델링하여 동특성 해석을 수행하였다. 회전 속도와 콜렉티브 피치 조건에 따른 해석을 수행하였으며, 해석 결과 제안된 로터 시스템은 설계된 운용범위 내에서 공탄성적 불안정성이 나타나지 않음을 확인하였다. 해석 절차의 검증을 위해 실제 팁젯 로터 시험장치를 구성하였다. 팁젯 방식으로 제안된 로터가 정상적으로 구동되는 것을 확인하였으며, 비회전 고유 모드 측정 시험 및 회전 시험을 수행하여 결과를 획득하였고, 얻어진 해석 결과와 비교를 통해 타당성을 검증하였다.

• 한국항공운항학회지
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• 제9권1호
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• pp.59-69
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• 2001

복합재로 된 회전날개깃을 상자보로 모델링하고 수동/능동 감쇠를 주기 위해 ACL(Active Constrained Damping Layer)을 상하양면에 부착하고 복합변위이론에 기초한 유한요소방법을 이용하여 구조해석을 수행하였다. 이 이론은 ACL내의 복합재와 점탄성층 그리고 압전층의 전단변형효과를 정확하게 모델링하는데 효과적이다. Hankel 의 특이값을 이용해 축차모델을 유도하였으며 축차모델과 측정된 출력에 기초한 LQG 제어기를 설계하였다. 그러나 LQG 제어기는 공칭 운전속도에서는 좋은 성능을 보여주었으나 운전속도가 변하는 상황에 대해서는 강인안정성을 보여주지 못했다. 이 LQG제어기의 강인안정성을 개선하기 위하여 루프전달회복을 통한 강인한 제어기를 설계하였다. 수치 예를 통해 제시된 제어기가 회전날개깃의 공기역학적인 안정성을 개선하는데 효과적이며 동체모드와 연계된 리드-래그 모드감쇠를 증가시켜 회전날개깃의 진동을 효과적으로 억제하는 것을 보였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권4호
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• pp.506-511
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• 2009

미생물셀룰로오스의 생산성을 높이기 위하여 원심(centrifugal) 임펠러와 경사원심(inclined centrifugal) 임펠러가 사용되었다. 발효조 내의 유체흐름 형태와 부피산소전달 계수가 고찰되었으며 원심 임펠러 및 경사원심 임펠러가 장착된 발효조 내에서 G. hansenii PJK 균주에 의하여 미생물 셀룰로오스가 생산되었다. 유체는 발효조 하부에서 원심 임펠러의 실린더 내부를 통과하여 발효조 벽면을 향해 순환되었다. 임펠러의 회전속도 100 rpm에서 부피산소전달계수는 터바인 임펠러 계에 비하여 경사원심 임펠러의 경우는 23%, 원심 임펠러의 경우는 15%에 불과하였다. 하지만 미생물셀룰로오스 생산 불능 돌연변이주로의 전환이 방지되어 20 rpm의 경사원심 임펠러의 회전속도에서 미생물셀룰로오스의 생산량이 터바인임펠러의 최적회전속도 300 rpm에서의 미생물셀룰로오스 생산량과 같았다.

• International Journal of Fluid Machinery and Systems
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• 제7권1호
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• pp.34-41
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• 2014

Computational fluid dynamics (CFD) and particle image velocimetry (PIV) are commonly used techniques to evaluate the flow characteristics in the development stage of blood pumps. CFD technique allows rapid change to pump parameters to optimize the pump performance without having to construct a costly prototype model. These techniques are used in the construction of a bi-ventricular assist device (BVAD) which combines the functions of LVAD and RVAD in a compact unit. The BVAD construction consists of two separate chambers with similar impellers, volutes, inlet and output sections. To achieve the required flow characteristics of an average flow rate of 5 l/min and different pressure heads (left - 100mmHg and right - 20mmHg), the impellers were set at different rotating speeds. From the CFD results, a six-blade impeller design was adopted for the development of the BVAD. It was also observed that the fluid can flow smoothly through the pump with minimum shear stress and area of stagnation which are related to haemolysis and thrombosis. Based on the compatible Reynolds number the flow through the model was calculated for the left and the right pumps. As it was not possible to have both the left and right chambers in the experimental model, the left and right pumps were tested separately.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권6호
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• pp.769-774
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• 2013

가스터빈엔진의 핵심 부품인 디스크와 블레이드는 고효율, 수명주기 동안의 운용비 최소화 등의 요구조건으로 고온의 터빈입구 온도, 고압축비, 고속 환경에서 지속적으로 운용된다. 이러한 가혹한 환경에서의 구조 안전성을 평가하기 위해서는 재료 모델링과 유한요소해석 기법 등이 필수적이며 더 나아가 형상최적화가 반드시 요구된다. 본 연구에서는 터빈 디스크의 구조 건전성을 평가하기 위해 2 차원 축 대칭 및 섹터 모델을 생성하고, 열-구조 연성해석과 접촉 해석을 포함한 유한요소 해석을 수행하고자 한다. 이를 근거로 터빈 디스크에서 구조적으로 취약한 2 개의 영역인 디스크 보어와 디스크와 블레이드의 연결 부위인 도브테일에 대해 형상변수 고찰을 하고자 한다. 최종적으로 형상변수 결과를 기초로 한 개선된 디스크 형상을 제안함과 동시에 좀 더 정교한 형상최적화가 필요함을 확인한다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권4호
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• pp.379-384
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• 2014

가스터빈엔진의 가장 핵심 부품인 디스크와 블레이드는 고온, 고압축비, 고속 회전이라는 가혹한 환경에서 지속적으로 운용된다. 이러한 가혹한 환경과 디스크와 블레이드가 가지는 큰 회전 에너지로 인해 디스크 및 블레이드에 의해 유발되는 파손은 항공기 손상 혹은 탑승자의 피해로 이어지는 재해적 고장 혹은 한계 고장으로 이어진다. 그러므로 디스크와 블레이드의 구조적 건전성의 마진을 충분히 확보하기 위해서 본 연구에서는 디스크의 취약 부위인 도브테일의 형상을 최적화하고, 그 해의 강건성을 확인하기 위해 치수 공차와 피로 수명의 산포와 같은 불확실성에 대하여 신뢰도 해석을 수행하고자 한다. 이 결과를 통해 결정론적 방법인 최적설계의 필요성과 함께 한계를 확인하고, 향후 신뢰도 기반 최적설계의 필요성을 인지하고자 한다. 이를 위해 비선형 열-구조 연성해석과 접촉 해석을 포함한 유한요소해석을 수행하였다.