• 한국추진공학회지
• /
• 제19권3호
• /
• pp.29-38
• /
• 2015

본 연구에서는 초음속 충동형 터빈의 노즐과 1단 로터 사이 축 간극 거리를 달리하며 3차원 비정상 유동해석을 수행하고 초음속 터빈의 성능 특성을 분석하였다. 계산결과는 기존의 초음속 터빈 효율 경향과 잘 일치하였으며 특정 축 간극 구간에서 효율의 급격한 감소를 보이고 그 이후에는 큰 변화가 없는 구간이 존재함을 확인하였다. 로터 앞전에서 발생하는 충격파의 영향이 노즐 끝단에 전달이 되는 정도에 따라 터빈 내의 여러 성능 특성이 달라짐을 살펴보았고 터빈 스팬 별 손실 특성에서 축 간극이 커질수록 허브 영역에서의 손실이 증가하고 미드스팬 이상의 영역에서 손실이 감소함을 보였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
• /
• pp.325-330
• /
• 2011

동익 오버랩은 축류 터빈의 성능향상을 위해 적용되며, 동익의 익단과 익근에 추가적인 높이를 적용함으로써 충분한 유로를 확보할 수 있다. 특히, 초음속 터빈에서는 동익 유로에서 의 질식 가능성을 줄이며, 설계 압력비를 구현할 수 있도록 한다. 하지만 동익 오버랩을 적용하면, 펌핑손실, 확산손실 등의 추가적인 손실이 동반된다. 따라서 터빈 성능향상을 최대화하기 위해 최적화 기법을 적용하였으며, 최적화 과정의 효율성을 위해 근사 최적화 기법을 사용하였다. 설계변수는 동익 오버랩의 형상변수이다. 연구결과를 통해, 최적화된 동익 오버랩에 의한 상당한 터빈 성능향상을 확인할 수 있었다.

• 유체기계공업학회:학술대회논문집
• /
• 유체기계공업학회 2006년 제4회 한국유체공학학술대회 논문집
• /
• pp.157-160
• /
• 2006

A turbo-expander is developed for the regeneration in the expansion process. The turbo-expander operates in the partial admission and supersonic flow, and an axial-type single stage turbine is applied to the turbo-expander. Its outer diameter is 82mm and the operating gas is R134a. A 15kW reciprocating compressor is applied in this experiment and the turbo-expander is installed in the expansion process instead of the commonly using expansion valve. Two supersonic nozzles are applied for the expansion process. The high speed of R 134a after passing the supersonic nozzles gives the impulse force to the turbo-expander and some powers are generated on this process. A generator is installed at the end of the turbo-expander shaft. The generating output power from the turbo-expander is controlled by the power controller. Pressures and temperatures are measured on the lines for the performance investigation. More than 600W/(kg/sec) are generated in this experiment.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 2003년도 제21회 추계학술대회 논문집
• /
• pp.99-103
• /
• 2003

캐스케이드 내 유동 해석은 터보 펌프의 설계 제작에 필수적인 요소이다. 그러나 기존의 무한 입구 경계 조건에서는 입구 유동의 초기 설정 경계치와 계산 후 입구 유동 경계치의 차이가 발생하여 원하는 입구 경계 조건에서의 유동 해석을 하지 못한다. 이에 본 연구에서는 Fine Turbo를 이용하여 입구 경계 조건으로 무한 경계 조건을 적용하였을 때 발생하는 문제점을 분석하였다. 그리고 무한 입구 경계 조건 대신 캐스케이드 앞에 수축·확산 노즐이나 직선 노즐을 위치시켜 전산 해석을 실시하여 그 특성을 비교, 검토하였다.

• 한국추진공학회지
• /
• 제15권2호
• /
• pp.36-43
• /
• 2011

본 논문에서는 스윕과 린의 각도에 따른 부분흡입형 초음속 터빈의 성능 특성을 분석하기 위하여 유동해석을 실시하였다. 유동해석은 스윕과 린의 3가지 각도($5^{\circ}$, $10^{\circ}$, $15^{\circ}$)에 대해 수행되었다. 해석결과, 전반적으로 스윕 각도에 커질수록 효율이 증가하였다. 다만, 스윕 각도가 $5^{\circ}$일 때에는 기본익형보다 효율이 더 떨어졌다. 린 각도가 커질수록 전압력 손실은 줄어들었지만 정효율은 감소하였다.

• 신재생에너지
• /
• 제10권1호
• /
• pp.6-19
• /
• 2014

Organic Rankine cycle (ORC) has been widely used to convert renewable energy such as solar energy, geothermal energy, or waste energy etc., to electric power. For a small scale output power less than 10 kW, turbo-expander is not widely used than positive displacement expander. However, the turbo-expander has merits that it can operate well at off-design points. Usually, the available thermal energy for a small scale ORC is not supplied continuously. So, the mass flowrate should be adjusted in the expander to maintain the cycle. In this study, nozzles was adopted as stator to control the mass flowrate, and radial-type turbine was used as expander. The turbine operated at partial admission. R245fa was adopted as working fluid, and supersonic nozzle was designed to get the supersonic flow at the nozzle exit. When the inlet operating condition of the working fluid was varied corresponding to the fluctuation of the available thermal energy, optimal operating condition was investigated at off-design due to the variation of mass flowrate.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
• /
• pp.786-792
• /
• 2010

본 논문에서는 스윕과 린의 각도에 따른 부분흡입형 초음속 터빈의 성능 특성을 분석하기 위하여 유동해석을 실시하였다. 유동해석은 스윕과 린의 3가지 각도($5^{\circ}$, $10^{\circ}$, $15^{\circ}$)에 대해 수행되었다. 해석결과, 전반적으로 스윕 각도에 커질수록 효율이 증가하였다. 다만, 스윕 각도가 $5^{\circ}$일 때에는 기본익형보다 효율이 더 떨어졌다. 린 각도가 커질수록 전압력 손실은 줄어들었지만 정효율은 감소하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 2011년도 제36회 춘계학술대회논문집
• /
• pp.61-65
• /
• 2011

본 연구에서는 초음속 충동형 터빈의 노즐에서 나타나는 유동의 과소 과대팽창 문제를 최적화 기법을 이용하여 비대칭형상을 포함해 설계함으로써 개선시키고자 하였다. 노즐 형상 설계를 위해 8개의 설계변수를 설정하였으며 목적함수로는 후류 영역 출구까지의 정효율이 최대가 되도록 하였다. 최적화에는 iSIGHT-FD가 사용되었으며 근사최적화를 위한 방법으로는 Radial Basis Function을 이용하였다. 노즐유동의 계산에는 상용 코드인 FLUENT 6.3을 사용하였으며 개선된 노즐의 정효율은 기존 대비 1.35% 증가하였고 손실계수는 19.85% 감소하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 2006년도 제26회 춘계학술대회논문집
• /
• pp.297-305
• /
• 2006

본 논문에서는 터빈의 형상 변수에 따른 부분흡입형 초음속 터빈 손실 특성을 분석하기 위하여 초음속 노즐 형상, 축방향 간극 길이, 로터 앞전의 모서리각에 따른 초음속 터빈내 유동 해석을 실시하였다. 먼저 축방향 간극을 진행하면서 발생하는 유동의 익렬 팁방향의 휘어짐은 초음속 노즐 형상에 크게 영향을 받는다. 다음으로 모서리각은 익렬 앞전에서 발생하는 충격파등의 강도를 결정한다. 마지막으로 축방향 간극에서 발생하는 유동의 확산 및 혼합은 축방향 간극 길이에 크게 영향을 받았다. 따라서 터빈내에서 발생하는 손실 중 유체역학적 손실은 노즐 형상과 로터 앞전의 모서리각에 의해 결정되었으며, 부분 흡입 손실은 노즐 형상 및 축방향 간극 길이에 영향을 받았다.

• 한국유체기계학회 논문집
• /
• 제18권5호
• /
• pp.33-41
• /
• 2015

Organic Rankine cycle (ORC) has been used to generate electrical or mechanical power from low-grade thermal energy. Usually, this thermal energy is not supplied continuously at the constant thermal energy level. In order to optimally utilize fluctuating thermal energy, an axial-type turbine was applied to the expander of ORC and two supersonic nozzle were used to control the mass flow rate. Experiment was conducted with various turbine inlet temperatures (TIT) with the partial admission rate of 16.7 %. The tip diameter of rotor was to be 80 mm. In the cycle analysis, the output power of ORC was predicted with considering the load dissipating the output power produced from the ORC as well as the turbine efficiency. The predicted results showed the same trend as the experimental results, and the experimental results showed that the system efficiency of 2 % was obtained at the TIT of $100^{\circ}C$.