• 대한기계학회논문집B
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• 제29권7호
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• pp.828-836
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• 2005

Impingement/effusion cooling technique is used for combustor liner or turbine parts cooling in gas turbine engine. In the impingement/effusion cooling system, the crossflow generated in the cooling channel induces an adverse effect on the cooling performance, which consequently affects the durability of the cooling system. In the present study, to reduce the adverse effect of the crossflow and improve the cooling performance, circular pin fins are installed in impingement/effusion cooling system and the heat transfer characteristics are investigated. The pin fins are installed between two perforated plates and the crossflow passes between these two plates. A blowing ratio is changed from 0.5 to 1.5 for the fixed jet Reynolds number of 10,000 and five circular pin fin arrangements are considered in this study. The local heat/mass transfer coefficients on the effusion plate are measured using a naphthalene sublimation method. The results show that local distributions of heat/mass transfer coefficient are changed due to the installation of pin fins. Due to the generation of vortex and wake by the pin fin, locally low heat/mass transfer regions are reduced. Moreover, the pin fin prevents the wall jet from being swept away, resulting in the increase of heat/mass transfer. When the pin fin is installed in front of the impinging let, the blockage effect on the crossflow enhances the heat/mass transfer. However, the pin fin installed just behind the impinging jet blocks up the wall jet, decreasing the heat/mass transfer. As the blowing ratio increases, the pin fins lead to the higher Sh value compared to the case without pin fins, inducing $16\%{\~}22\%$ enhancement of overall Sh value at high blowing ratio of M=1.5.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1998년도 제10회 학술강연회논문집
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• pp.17-17
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• 1998

연소반응을 가지는 후류(wake)는 가스터빈 연소실의 flame holder 등에서 발생한다. 후류유동의 안정성 혹은 불안정성은 이러한 유동에 있어서 많은 영향을 끼치므로 상당히 중요하다. 본 연구는 위와 같이 연소 반응에 의한 밀도구배를 가지는 후류유동에 대하여 불안정성 해석을 수행하였다. 교란에 대한 지배방정식은 Navier-Stokes 방정식에서 점성항을 제외한 Euler 방정식을 고려하였다. 충류유동의 압력은 일정하다고 가정하였다. 교란 방정식을 유도하기 위하여 충류 유동이 평행하여 유동 방향에 수직한 방향의 구배만이 존재한다고 가정하였다. 모든 변수들은 충류 유동의 값과 움직이는 파장의 형태를 가지는 작은 교란의 합으로 생각하여 압력에 대한 교란방정식을 구하며, shooting법과 Newton-Raphson법에 근거를 두는 반복법을 사용하여 풀었다. 불안정성 해석을 수행하는 기본 유동의 속도장 및 온도장은 불안정성 해석을 수행하는 기본 유동의 속도장 및 온도장은 비압축성의 경우 우선 Gaussian Profile 가정함과 동시에 연소반응을 포함하는 유동장을 보다 정확히 구하기 위하여 Navier-Stokes 방정식으로부터 구한 결과를 사용하였다. 연소반응을 포함하는 유동장을 구할 때에는 해석상 편의를 위해 예혼합물질은 이상기체로, 화학반응은 1단계의 비가역반응으로 가정하였으며, 반응열로 인한 부력의 효과는 무시하였다. 위와 같은 유동장을 가지고 불안정성 해석을 수행한 결과 후류유동은 두 개의 변곡점을 가지며 sinuous 모드와 varicose모드의 두 개의 불안정성 모드가 있음을 보였다. 밀도 변화가 있는 경우나 밀도 변화가 없는 경우 모두 sinuous 모드의 가장 불안정한 모드가 varicose 모드의 가장 불안정한 모드보다 더 불안정함을 보여주어 후류 유동은 자유 유동에 가까운 위상 속도를 가지는 sinuous 모드에 의해 지배될 것임을 예측할 수 있다. 연소반응이 완전연소에 가까울수록 그리고 압축성 효과가 클수록 유동내부의 온도가 증가하고 점성 또한 증가하여 후류유동은 안정됨을 알 수 있었다 유동변수들의 contour로부터 유동의 특성을 예측한 결과 baroclinic 항이 dilatational 항보다 상대적으로 크며, 중심선 상하에 생기는 vortex를 더욱 성장시킬 것으로 생각된다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년 영문 학술대회
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• pp.195-201
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• 2008

In the jet engines on the aircrafts cruising at high altitude over 20 km and subsonic speed, the Reynolds number in terms of the compressor blades becomes very low. In such an operating condition with low Reynolds number, it is widely reported that total pressure loss of the air flow through the compressor cascades increases dramatically due to separation of the boundary layer and the secondary-flow. But the detail of flow mechanisms causes the total pressure loss has not been fully understood yet. In the present study, two series of numerical investigations were conducted to study the effects of Reynolds number on the aerodynamic characteristics of compressor cascades. At first, the incompressible flow fields in the two-dimensional compressor cascade composed of C4 airfoils were numerically simulated with various values of Reynolds number. Compared with the corresponding experimental data, the numerically estimated trend of total pressure loss as a function of Reynolds number showed good agreement with that of experiment. From the visualized numerical results, the thickness of boundary layer and wake were found to increase with the decrease of Reynolds number. Especially at very low Reynolds number, the separation of boundary layer and vortex shedding were observed. The other series, as the preparatory investigation, the flow fields in the transonic compressor, NASA Rotor 37, were simulated under the several conditions, which corresponded to the operation at sea level static and at 10 km of altitude with low density and temperature. It was found that, in the case of operation at high altitude, the separation region on the blade surface became lager, and that the radial and reverse flow around the trailing edge become stronger than those under sea level static condition.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제35권5호
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• pp.625-631
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• 2011

본 연구는 벽면근처에 놓인 정방형주의 모서리에 수평 분할판을 부착하여 유체력 제어 효과를 양항력 측정실험 및 PIV에 의한 가시화 실험으로 조사한 것이다. 분할판의 폭은 정방형주 폭의 10% 로 했다. 실험변수로서는 수평 분할판의 부착 위치 및 벽면과 사각주 사이의 간격으로 하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 간격비 0.4 이상에서 벽면과 정방형주 사이에 흐름이 명확했고, 후류측 칼만 와도 뚜렷이 나타났다. 원형의 정방형주는 간격비 0.4에서 수평 분할판을 가진 정방형주는 간격비 0.6에서 평균양력계수 및 Strouhal 수의 변곡점이 나타났다. 정방형주 아랫면의 뒷 모서리에 수평 분할판을 설치한 경우 항력이 감소하였으며 각 간격비 평균 4.5%의 항력 저감 효과를 얻었다. 이 경우 정방형주 윗면 박리영역의 크기는 분할판이 없는 정방형주에 비해 작았다.

• 한국추진공학회지
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• 제24권5호
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• pp.43-55
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• 2020

가스터빈 블레이드의 핀-휜 배열의 냉각 성능을 향상시키기 위하여 분절핀을 설치하여 효과를 분석하였다. 분절핀의 위치에 따른 유동 및 열전달 특성 변화를 수치해석을 통해 분석하였다. 분절핀이 설치되지 않은 엇갈림 핀-휜 배열인 기존형상 와 분절핀이 X₂/D_p=1.25 간격 떨어진 분절핀적용형상 1과 X₃/D_p=1.75 간격 떨어진 분절핀적용형상 2 를 비교하였다. 해석 결과 분절핀의 설치로 인해 핀-휜 배열 전단부에서 발생하는 말발굽와류의 세기가 강화되는 것을 확인하였다. 또한 핀-휜 배열 후단부에서 발생하는 멤돌이 와류의 세기가 약해지는 것을 확인하였다. 이로 인해 바닥면의 열전달 분포가 크게 상승하는 것을 확인 하였다. 반면 분절핀의 설치로 인해 압력손실은 증가하였으나, 열성능계수는 분절핀 적용형상 2 에서 최대 23.8% 가량 증가하는 것을 확인하였다. 이를 통해 향후 가스터빈 핀-휜 냉각 유로 설계 시 분절핀을 설치하면 냉각 성능이 증대 될 것으로 판단된다.

• 한국음향학회지
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• 제41권3호
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• pp.268-277
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• 2022

본 논문에서는 KVLCC2 선체 축소모형에 설치된 추진시스템의 세부 구성품별 유동 소음원을 분석하였으며, 각각의 소음원이 수중방사소음에 미치는 영향에 대해 정량적으로 분석하였다. 수치 해석 영역은 실험 결과와의 비교를 위하여 선박해양플랜트연구소 대형 캐비테이션 터널의 시험부와 동일하게 설정하였다. 먼저 유동장내 소음원을 정확하게 모사하기 위하여 고정밀 해석기법인 비압축성 다상 Delayed Detached Eddy Simulation 방법을 적용하였고, 유동해석 결과를 기반으로 Ffowcs Williams and Hawkings 적분방정식을 사용하여 수중방사소음을 예측하였으며, 터널 실험결과와의 비교를 통해 해석절차의 유효성을 확인하였다. 추진시스템의 유동 소음원별 영향을 정량적으로 비교하기 위하여 추진기 날개 끝-와류 공동, 날개 표면 그리고 방향타 표면을 소음원 영역으로 선정하였으며, 음압과 파워 스펙트럼 밀도, 음향 파워를 비교하였다. 공동에 의한 홀극 소음원의 기여도가 추진기 날개 및 방향타에 의한 쌍극 소음원에 비해 수중방사소음에 크게 기여하였으며, 추진기 후류의 영향으로 방향타에 의한 기여도가 추진기 보다 더 크게 발생함을 확인하였다.