• 유체기계공업학회:학술대회논문집
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• 유체기계공업학회 2006년 제4회 한국유체공학학술대회 논문집
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• pp.153-156
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• 2006

A turbine stage consists of a stator and rotor. A stator provides the required inlet flow conditions so that a rotor can produce the necessary power. Passing wakes generated at the trailing edge of a stator make an interaction with a rotor. In the present study, this interaction flow mechanism is investigated using the numerical analysis. In case of the large gap distance between the stator and rotor, the stator and rotor flow analysis can be separated. First, only the stator flow field is solved. Second, the rotor flow field is solved including the passing wake information from the stator analysis. The passing wake experiences the shearing as it approaches to the rotor leading edge. And it is chopped when it strikes the rotor body. After that, the chopped wakes becomes the prolongation as it goes downstream. Also, the aerodynamic characteristics with the variation of the gap distance between a stator and rotor was investigated. Pressure jumps due to the passing wakes result in the pressure and lift loss and it gets stronger with the closer gap distance. This unsteady effect proves to be directly related to the fatigue and noise in turbomachinery and this study would be helpful to investigate such fields.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권9호
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• pp.890-899
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• 2010

직선형 캐스케이드 장치에서 부분분사를 받는 터빈의 작동력을 분석하기 위하여 실험 연구를 수행하였으며, 익형은 축류형으로 코드가 200mm 이다. 분사노즐은 사각형 노즐로서 $200mm{\times}200mm$ 이며, 실험은 코드기준으로 레이놀드수 $3{\times}10^5$에서 수행되었다. 익형을 회전방향으로 이동하면서 정상상태일 때 각각의 위치에 대해 익형에 형성되는 회전방향의 힘과 축방향의 힘을 측정하였다. 탈설계 성능을 측정하기 위하여 노즐의 설치각을 $58^{\circ}$, $65^{\circ}$와 $72^{\circ}$로 변경하면서, 노즐의 설치각 변화에 대한 익형의 작동력 특성을 파악하였다. 또한 현절비를 1.25, 1.38, 1.67로 변경하면서 현절비 변화에 의한 익형의 작동력 변화를 측정하였다. 실험의 결과에서 최대 회전력의 크기는 현절비의 감소에 따라 증가하였으며, 노즐의 설치각이 감소하게 될 때 회전력은 증가하였다. 축방향의 힘은 노즐 설치각이 감소하면 증가하였으며, 큰 노즐 설치각에서는 분사영역에서 역축방향의 힘이 측정되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권5호
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• pp.399-406
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• 2014

본 연구에서는 압력면윙렛/흡입면스퀼러형 터빈 동익 팁에 대하여 익렬 하류에서 3차원 유동 및 압력손실을 측정하였다. 팁간극비 h/s = 1.36%에 대하여, 흡입면스퀼러의 높이는 $h_s/s$ = 3.75%로 일정하게 유지하고, 압력면윙렛의 폭은 w/p = 2.64%, 5.28%, 7.92%, 10.55% 등으로 변화시키면서 실험을 수행하였다. 그 결과, 본 연구의 팁은 평면팁 대비 통로와류 영역에서 압력손실의 저감 효과가 매우 뛰어났지만, 팁누설와류 영역에서는 오히려 압력손실을 크게 증가시켰다. 본 연구의 질량평균 압력손실은 평면팁에 비해 크게 낮았지만, 전면스퀼러팁보다는 더 크게 나타났다. 압력면윙렛의 폭이 증가할수록 질량평균 압력손실은 감소하는 경향을 보였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제30권5호
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• pp.446-456
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• 2006

The effect of relative position of the stationary turbine blade for the fixed vane has been investigated on blade tip and shroud heat transfer. The local mass transfer coefficients were measured on the tip and shroud fur the blade fixed at six different positions within a pitch. A low speed stationary annular cascade with a single turbine stage was used. The chord length of the tested blade is 150 mm and the mean tip clearance of the blade having flat tip is 2.5% of the blade chord. A naphthalene sublimation technique was used for the detailed mass transfer measurements on the tip and the shroud. The inlet flow Reynolds number based on chord length and incoming flow velocity is fixed to $1.5{\times}10^5$. The results show that the incoming flow condition and heat transfer characteristics significantly change when the relative position of the blade changes. On the tip, the size of high heat/mass transfer region along the pressure side varies in the axial direction and the difference of heat transfer coefficient is up to 40% in the upstream region of the tip because the position of flow reattachment changes. On shroud, the effect of tip leakage vortex on the shroud as well as tip gap entering flow changes as the blade position changes. Thus, significantly different heat transfer patterns are observed with various blade positions and the periodic variation of heat transfer is expected with the blade rotation.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년도 제31회 추계학술대회논문집
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• pp.145-148
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• 2008

현재 항우연에서 개발 중인 우주발사체 터보펌프에 사용되는 터빈은 단단 충동터빈을 적용하고 있다. 우주발사체의 안정성을 위해 팁 간극을 비교적 많이 허용하고 있는데, 효율적인 면에서는 반동터빈 보다 다소 뒤지지만, 높은 출력비를 가지는 충동터빈이 팁 간극이 커질 때 어떤 효율경향을 나타내는지 알아보는 일은 의미 있는 일이다. 실험은 아음속 조건에서 실험하였고, 팁 간극을 각각 코드기준 1%$\sim$20%일 경우 충동과 반동 각각의 경우에 대하여 하류 전압손실을 측정하였다. 측정결과 팁 간극이 10%보다 더 커지면, 충동터빈이 오히려 전압손실량이 반동터빈보다 더 작아진다. 이것은 팁 간극이 비교적 큰 조건에서 충동터빈이 반동터빈보다 효율이나 출력비 면에서 더 나은 성능을 나타냄을 의미한다.

• 한국추진공학회지
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• 제2권2호
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• pp.14-23
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• 1998

본 연구에서는 제트 추진 기관의 터빈 익렬에서의 유동과 대기중에 부유되어 있는 입자들이 제트엔진 내부로 유입될 경우 이에 따른 압축기 날개의 마모 및 충돌 부위를 예측하기 위하여 수치해석을 수행하였다. 일반적으로 각종 항공기의 추진 기관용 가스 터빈 엔진은 대기중에 부유되어 있는 각종 입자들의 영향을 받게 된다. 특히, 화산 지역, 먼지 입자 부유물이 많은 공업지대 또는 사막지역을 비행하는 항공기의 경우는 모래 알갱이, 먼지, 및 연소 입자의 직접적인 영향을 받아 각 요소들에 심각한 부식 및 마모가 발생됨으로써 성능 저하 및 냉각통로의 막힘, 압축기와 터빈 날개의 손상 등이 예측되어 진다. 이러한 손상들은 초기에는 미세하게 발생하지만, 손상 정도가 점점 누적됨에 따라서 항공기의 안전 운전에 심각한 위험 요소로서 작용할 수 있으며, 경제적으로도 기관의 유지 보수비용의 증가를 가져 올 수 있다. 따라서 압축기에 화산재 또는 대기중에 부유되어 있는 금속 입자나 먼지 입자 등이 유입되었을 경우, 압축기 날개의 손상 부위와 정도를 예측하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 다양한 입자의 유입각에서 라그랑지안 방법을 적용하여 압축기 날개 유로로 부유된 입자의 궤적을 예측하고 입자의 충돌에 의한 충격량을 계산하였다. 아울러 정량적인 충돌량을 해석하기 위하여 입자 충돌 계수를 정의하여 압축기 날개 표면의 충돌특성을 해석하였다. 세라믹과 연강에 대한 날개 표면의 마모량을 계산하였으며, 이러한 예측들을 통하여 표면에의 코팅 등의 개선책을 찾을 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권4호
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• pp.336-343
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• 2009

터빈 익렬 내의 2차유동손실은 터빈 익렬에서 발생하는 전체 공기역학적 손실의 30~50% 차지한다. 따라서 터빈 효율 향상에 있어 개선해야 될 중요한 부분으로 인식되고 있다. 또한, 과거부터 2차유동에 의한 손실을 줄이기 위한 많은 연구들이 수행되어졌다. 본 논문에서는 2차유동손실을 일으키는 요인 중의 하나인 말굽와류의 강도를 감쇄시키기 위해 일반적인 날개 앞전에 판을 설치하였으며, 판의 설치 높이 및 길이 등의 형상변수에 따라 발생된 말굽와류의 특성에 대해 연구하였다. 연구를 위해 $FLUENT^{TM}$를 이용하였다. 그리고 기준 모델의 경우보다 전압력 손실 계수가 약 4.0% 향상되었다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제17권3호
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• pp.53-58
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• 2012

Steady flow simulations through a high pressure turbine guide vanes were carried out. The main objective of the present work is to study the performance of turbulence models on the steady flow prediction from aerodynamic and aerothermal points of view. Three turbulence models were compared, namely SST, k-${\omega}$ and ${\omega}$-Reynolds stress models. The laminar results were also compared. The comparison was done with emphasis on the isentropic Mach number and heat transfer coefficient along the blade, and total pressure loss in the wake region. The calculated isentropic Mach number showed reasonable agreement with experimental data along the blade surface for all three turbulent models. For the total pressure loss in the wake region, ${\omega}$-Reynolds stress model showed the best agreement with the experimental data. However, unless using an appropriate transition model, the heat transfer coefficients of all three turbulent models showed poor agreement with experimental data.

• 대한기계학회논문집
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• 제16권3호
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• pp.527-539
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• 1992

본 연구에서는 터빈익렬의 입구유동면에 주어지는 끝벽 경계층유동에 의하여 익렬 내의 유동에서 발생하는 여러 와류들에 의한 2차 유동과 이와 연관된 여러가지 3차원 점성유동 현상 그리고 이에 따른 유동손실을 보다 정확히 예측하기 위한 수치해 석적 연구를 수행하였으며, 이에 필요한 수치해석적 연구를 수행하였으며, 이에 필요 한 수치해석코드를 작성하였다.유동특성에 대하여 상세한 연구결과가 보고되어 있 는 UTRC(United Technologies Research Center) 평면 터빈익렬을 연구대상으로 채택하 여 익렬 내의 3차원 유동특성을 연구하고 계산한 결과를 기존의 결과와 비교 검토하였 다. 강한 2차유동이 존재하는 경우에 발생하는 수치확산을 감소시키기 위하여 대류 항에 대하여 2차 정확도(second-order accuracy)의 선형상류도식(linear upwind sche- me)을 사용하여 일반적으로 널리 사용되는 하이브리드도식(hybrid scheme)에 의한 해 석결과와 비교하였다. 터빈익렬 내의 난류 유동은 익렬의 회전과 유선의 만곡 등에 의한 영향으로 복잡한 유동현상을 나타내지만, 터빈익렬 내의 난류유동 특성에 대한 실험결과가 아직까지는 부족하고 또한 본 연구에서는 평균유동값의 정확한 해석에 중 점을 두었으므로 표준 k-.epsilon. 모델을 사용하였다.

• 유체기계공업학회:학술대회논문집
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• 유체기계공업학회 2004년도 유체기계 연구개발 발표회 논문집
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• pp.140-150
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• 2004

In this study, the effect of relative position of the blade for the fixed vane has been investigated on blade surface heat transfer. The experiments were conducted in a low speed stationary annular cascade, and heat transfer of blade was examined for six positions within a pitch. Turbine test section has one stage composed of sixteen guide vanes and blades. The chord length of the tested blade is 150 mm and the mean tip clearance of the blade having flat tip is about $2.5\%$ of the blade chord. For the detailed mass transfer measurements on the blade surfaces, a naphthalene sublimation technique was used. The inlet flow Reynolds number is fixed to $1.5{\times}10^5$. Complex heat transfer characteristics are observed on the blade surface due to various flow characteristics, such as separation bubble, relaminarization, transition to turbulence and leakage vortices. The distributions of velocity and turbulence intensity change significantly with the relative position due to the blockage effect of the blade. This causes the variation of heat transfer patterns on the blade surface. The results show that the flow near the leading edge get highly disturbed and deflected toward the either side of the blade when the blade leading edge is positioned close to the trailing edge of the vane. Therefore, separation bubble disappears on the pressure side and overall heat transfer on the relaminarization region is increased. But, due to reduced tip gap flow at the upstream region, the effect of leakage flow on the upstream region of the blade surface is weakened. Thus, the heat transfer characteristics significantly change with the blade positions.