• 대한기계학회논문집B
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• 제25권11호
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• pp.1640-1649
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• 2001

The present study investigates the effects of various rib arrangements on heat/mass transfer in the cooling passage of gas turbine blades. A complex flow structure occurs in the cooling passage with rib turbulators which promote heat transfer on the wall. It is important to increase not only the heat transfer rates but also the uniformity of heat transfer in the cooling passage. A numerical computation is performed using a commercial code to calculate the flow structures and experiments are conducted to measure heat/mass transfer coefficients using a naphthalene sublimation technique. A square channel (50 mm $\times$ 50 mm) with rectangular ribs (4 mm $\times$ 5 mm) is used fur the stationary duct test. The experiments focus on the effects of rib arrangements and gap positions in the discrete ribs on the heat/mass transfer on the duct wall. The rib angle of attack is 60°and the rib-to-rib pitch is 32 mm, that is 8 times of the rib height. With the inclined rib angle of attack (60°), the parallel rib arrangements make a pair of counter rotating secondary flows in the cross section, but the cross rib arrangements make a single large secondary flow including a small secondary vortex. These secondary flow patterns affect significantly the heat/mass transfer on the ribbed wall. The heat/mass transfer in the parallel arrangements is 1.5 ∼2 times higher than that in the cross arrangements. However, the shifted rib arrangements change little the heat/mass transfer from the inline rib arrangements. The gap position in the discrete rib affects significantly the heat/mass transfer because a strong flow acceleration occurs locally through the gap.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권9호
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• pp.1227-1233
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• 2010

가스터빈엔진 내의 블레이드에서는 표면에 외부의 찬 공기를 흘려주는 작은 냉각 홀들을 가공하고 열 차단 코팅시스템을 코팅하는 방법으로 기지금속을 고온에서 보호한다. 열 차단 코팅은 열피로 과정에서 산화막의 성장 및 접합층과 산화막의 열팽창계수의 불일치로 산화막내부에 잔류응력이 발생하며 궁극적으로 코팅층의 분리를 유발한다. 본 연구에서는 내열합금 시편 표면에 작은 홀을 가공하여 여러 가지 고온 유지 조건에서 열 및 기계적 피로 시험을 수행하여 홀 주위의 산화막의 변형을 관찰하였다. 실험결과 기계적 피로가 홀 주위의 산화막의 변형에 중요한 영향을 미치며, 동일한 산화막 두께에서 고온 유지 시간이 짧을수록 변형이 쉽게 발생 하였다. 또한 본 연구에서는 홀 주위 산화막의 응력해석을 위한 이론적인 연구도 시도되었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2007년도 제29회 추계학술대회논문집
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• pp.329-334
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• 2007

고온 환경에서 작동하는 가스터빈 블레이드의 열부하 감소를 위해 다양한 냉각법이 적용되고 있다. 블레이드 외부에서는 작은 홀을 통해 저온의 냉각유체를 분사시키는 막냉각법이 사용되는데, 블레이드 내부의 정확한 온도 예측을 위해서는 작동 조건과 위치에 따른 막냉각 효율을 정확히 산출하여야 한다. 본 연구에서는 압력에 따라 반사되는 빛의 강도를 달리하는 압력감응페인트를 이용하여 평판에서의 막냉각 효율을 측정하였다. 그 결과, 압력감응페인트를 이용한 막냉각 계수 측정법은 상세한 막냉각 계수의 분포를 측정 가능케 하였다. 0.5, 1, 2의 세 가지 분사비가 실험에 적용되었고, 분사비가 커질수록 막냉각 홀 근처의 막냉각 계수는 감소하였지만 하류의 막냉각 계수는 증가하였다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 춘계학술대회논문집D
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• pp.489-496
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• 2001

Two perforated plates are used to investigate local heat/mass transfer characteristics in an impingement/effusion cooling system. A naphthalene sublimation method is conducted to determine the local heat/mass transfer coefficients on the upward facing surface of the effusion plate. The two plates are placed in parallel position with gap distances of 1, 2, 4 and 6 times of effusion hole diameter. The effects of hole arrangements of the plates are studied for staggered, square, and hexagonal arrays. The experiments are conducted at Reynolds number of 10,000 based on the effusion hole diameter. The results show that the smaller hole size in the staggered array has the higher transfer coefficients on the stagnation region due to the formation of higher momentum flows through the impingement holes. In the square array, heat/mass transfer on the target plate is more uniform as the number of impingement holes increases. High and uniform heat/mass transfer coefficients are obtained in the hexagonal array.

• 대한기계학회논문집B
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• 제20권4호
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• pp.1363-1375
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• 1996

Oil-film flow visualizations and three-dimensional flow measurements using a five-hole probe have been conducted to investigate three-dimensional flow characteristics and total pressure losses of a row of film-cooling jets injected in spanwise direction. For several span-to-diameter ratios, experiments are performed in the case of three velocity ratios of 0.5, 1.0 and 1.5. The flow measurements show that downstream flow due to the injection is characterized by a single streamwise vortex instead of a pair of counter-rotating vortices, which appear in the case of streamwise injection, and the vortex strength strongly depends on the velocity ratio. Regardless of the velocity*y ratio, presence of the spanwise film-cooling jets always produces total pressure loss, which is pronounced when the velocity ratio is large. It has also been found that the production of the total pressure loss is closely related to the secondary vortical flow. In addition, effects of the span-to-diameter ratio on the flow and total pressure loss are discussed in detail.

• 대한기계학회논문집B
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• 제26권1호
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• pp.101-109
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• 2002

Two perforated plates are used to investigate local heat/mass transfer characteristics in an impingement/effusion cooling system. A naphthalene sublimation method is conducted to determine the local heat/mass transfer coefficients on the upward facing surface of the effusion plate. Two plates are placed in parallel position with gap distances of 1, 2, 4 and 6 times of effusion hole diameter. The effects of hole arrangements of the plates are studied fur staggered, square, and hexagonal arrays. The experiments are conducted at Reynolds number of 10,000 based on the effusion hole diameter. The results show that the smaller hole size in the staggered array has the higher transfer coefficients on the stagnation region due to the formation of higher momentum flows through the impingement holes. In the square array, heat/mass transfer on the target plate is more uniform as the number of impingement holes increases. High and uniform heat/mass transfer coefficients are obtained for the hexagonal array.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회B
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• pp.2637-2641
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• 2008

The ever increasing demand for power and the shortages encountered during summer calls for the implementation of strategies for power saving in industry. Inlet fogging of gas turbine engines is quite popular due to the ease of installation and the relatively low initial cost compared to other inlet cooling methods. In the present investigation, a detailed analysis is carried out on the basis of coincident wet bulb and dry bulb temperature data of a compressed air plant from April to October, 2007 to determine the evaporative cooling potential for the period. The power gain that can be obtained by employing inlet fogging of the air compressors is analyzed based on the real climatic data at several sites in Korea. An experimental set-up was constructed and tests were carried out with the standard impaction pin nozzle. The experimental results were found to match with the theoretical calculations.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권7호
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• pp.655-663
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• 2013

막냉각에 관한 많은 연구들은 주유동과 이차유로가 평행한 형태로 연구가 이루어졌다. 하지만 실제 터빈 블레이드에서 이차유로의 방향은 일반적으로 주유동의 방향에 수직한 형태이다. 그래서 본 연구에서는 이차유동의 방향이 이중분사 막냉각의 효율에 미치는 영향을 수치해석을 통해 알아보고자 한다. 분사율은 1, 2이고 횡방향 분사각은 $22.5^{\circ}$이다. 분사율이 1일 때 평행 형상에서는 안티키드니 와류가 잘 형성되어 막냉각 효율이 수직 형상의 경우보다 더 높다. 반면에 분사율이 2일 때 수직 형상의 막냉각 효율은 평행 형상보다 향상되었다. 많은 유량의 제트가 서로 반대 방향으로 분사되기 때문에 두 형상 모두 막냉각 효율이 높게 나타난다. 하지만 안티키드니 와류의 영향은 다른 분사율보다 상대적으로 작다.

• 한국추진공학회지
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• 제24권1호
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• pp.47-57
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• 2020

1단 베인 엔드월에서 막냉각 성능을 증가시키기 위해서 본 연구를 진행하였다. 1단 베인에서의 유동 및 막냉각 특성을 분석하기 위해 수치해석을 진행하였고, 유동특성을 고려하여 서로다른 6가지의 막냉각 홀 배열을 설계하였다. 그 결과, 기본형상의 경우 냉각유체가 흡입면으로 편향되면서 압력면과 노즐 목에서 낮은 냉각 효율을 나타냈다. 반면 일부 홀들을 압력면을 따라 설치한 경우, 횡방향 유동이 냉각유체에 미치는 영향이 감소하여 압력면과 노즐 목에서 막냉각 효율이 증가하였다. 이에 기존 막냉각 홀 배열보다 막냉각 효율이 16% 증가하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권2호
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• pp.153-159
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• 2015

본 연구에서는 MEMS기술을 적용한 2W급 초소형 가스터빈엔진의 개발과 실제 연소 환경에서의 발전 가능성을 해석적, 실험적으로 입증하였다. 초소형 가스터빈엔진은 터보차저, 연소기, 발전기로 이루어져 있다. 터보차저는 각각 직경 10mm와 9mm의 MEMS 공정 압축기와 터빈으로 구성되어 있으며 발전코일 또한 MEMS공정으로 설계되었다. 제작된 압축기와 터빈은 정밀 기계 가공된 축과 공기 베어링으로 지지되고 회전하며, 회전축 끝단에 영구자석을 설치하여 발전을 하게 된다. 공기 베어링과 압축기를 통한 냉각 효과를 해석하여 연소기에서 발생한 열을 충분히 차단할 수 있는 것으로 분석되었고, 이를 실험을 통해 검증하였다.