• Ocean Systems Engineering
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• 제14권2호
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• pp.141-156
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• 2024

The turbine system converts the kinetic energy of water flow to electricity by rotating the rotor in a restricted waterway between the seabed and free surface. A turbine system's immersion depth and rotation direction are significantly critical in the turbine's performance along with the shape of the rotor. This study has investigated the hydrodynamic performance of the Savonius hydrokinetic turbine (SHT) according to the immersion depth and rotation direction using computational fluid dynamics (CFD) simulations. The instantaneous torque, torque coefficient, and power coefficients are calculated for the immersion ratios Z/D ranging [0.25, 3.0] and both clockwise (CW) and counterclockwise (CCW) rotations. A flow visualization around the rotor is shown to clarify the correlation between the turbine's performance and the flow field. The CFD simulations show that the CCW rotation produces a higher power at shallow immersion, while the CW rotation performs better at deeper immersion. The immersion ratio should be greater than the minimum of Z/D=1.0 to obtain the maximum power production regardless of the rotation direction.

• 한국결정성장학회:학술대회논문집
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• 한국결정성장학회 1997년도 Proceedings of the 12th KACG Technical Meeting and the 4th Korea-Japan EMGS (Electronic Materials Growth Symposium)
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• pp.197-201
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• 1997

The momentum, heat and mass trasfer phenomena in the silicon melt of the Czochralki crystal growth system are calculated using a three dimensional numerical simulation thechnique. Even though axisymmetrical boundary conditions are imposed to all calculations in a 3cm diameter crucible, several types of non-axisymmetric profiles of velocities, temperature and oxygen concentration appeared in the melt. Because of the non-axisymmetric profiles of velocities, temperature and oxygen concentration appeared in the melt. Because of the non-axisymmetric profiles and rotations of fluid induced by the crucible rotation, temperatures and oxygen concentrations in the silicon melt fluctuate. The rotating velocity of the profile is calculated from the phase shift of the data of temperature or oxygen at two different points which have same radius from center but 90 degree angular difference. From this calculation, it is found that the rotating veolocity of the oxygen and temperature is different from the crucible rotation rates. Therefore the frequencies of the oscillating temperature and oxygen concentrations are not same to the frequencies of the crucible rotations. Futhermore, the components of the frequencies of the temperature and oxygen concentration at the same point are not same. The fluctuation behaviors of the temperature or oxygen themselves are also different when the points are different. The calculation show that the temperature and the oxygen concentration near the interface also fluctuate. The results suggest that the striation pattern found in the grown silicon single crystals may ben generated by the oxygen concentration and the temperature oscillations of the melt occurred near the interface.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제19권3호
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• pp.295-302
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• 2006

본 논문은 자이로콥터의 유한요소 모델링과 로터의 회전에 의한 동하중을 고려한 전산진동해석을 수행하였다. 이를 위해 자이로콥터의 최종 조립된 3차원 CATIA 모델을 구축하였으며, 3차원 데이터를 바탕으로 비구조 질량을 포함한 구조진동해석을 위한 유한요소모델을 생성하였다. 실용적인 전산구조동역학 해석을 위해 상용 유한요소 해석프로그램인 MSC/NASTRAN과 자체 개발한 프로그램을 병용하여 사용하였다. 비행 중 회전하는 로터에 의해 발생하는 동하중은 상용 CFD 프로그램인 FLUENT를 이용하였다. 유체해석과 구조진동해석의 결합을 위해 자체적으로 통합 연계 시스템을 구축하였다. 3차원 구조의 효율적인 진동특성을 고찰하기 위해 모달영역에서 천이응답해석과 주파수응답해석을 수행하였다. 실제 자이로콥터의 연료조건과 비행조건을 고려하였으며, 전산해석을 통하여 고유진동, 주파수 응답 및 천이응답 특성을 고찰하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권3호
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• pp.211-219
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• 2017

본 연구에서는 전산유체역학 프로그램을 이용하여 순환형공기분급기 내부유동 및 입자거동을 해석하였다. 주날개 및 분급날개의 회전속도 조건을 변화시키며 이에 따른 등급분급효율, 절단입경 및 분급첨예도 변화를 예측하였다. 주날개의 회전속도를 제어함으로써, 절단입경을 증가시킬 수 있었으나, 오염토양 분급에 적용할 수 있을 정도의 정확도를 확보할 수 없었다. 반면, 분급날개의 회전속도를 증가시킴으로써, 절단입경을 감소시킬 수 있었으며, 보다 정확하게 입자를 선별할 수 있었다. 결과적으로 주날개와 분급날개를 동시에 사용할 경우, 높은 분급첨예도 결과를 보이며, 우수한 분급특성을 유지할 수 있었다.

• 항공우주기술
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• 제11권2호
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• pp.65-72
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• 2012

프로펠러와 고양력장치를 장착한 터보프롭 항공기에 대한 실속 특성 분석을 위해 수치 해석을 수행하였다. 항공기의 실속 특성은 프로펠러와 고양력 장치의 장착 조합에 따른 형상별 전산해석 결과를 통해 정성적으로 분석하였다. 실속 특성 해석은 Spalart-Allmaras 난류 모델을 기반으로 한 3차원 Navier-Stokes 방정식 해법을 이용하였으며 프로펠러의 회전은 슬라이딩 격자기법을 이용하여 모사하였다. 분석 결과 순항 형상의 경우 동체/날개 페어링에서 주요 유동박리가 발생하며 프로펠러 후류로 인해 점차 감소함을 알 수 있었다. 고양력장치를 장착한 경우 나셀 바깥쪽에서 주요 유동박리 현상이 발생하였고 프로펠러가 회전하는 경우에도 상대속도 감소와 유효 받음각 증가로 나셀 바깥쪽 날개 부분은 조기에 실속에 잠김을 알 수 있었다. 프로펠러는 날개의 inboard에서 하강하는 회전 방향이 프로펠러 후류로 인한 실속 지연 측면에서 유리함을 알 수 있었다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2010년 춘계학술대회논문집
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• pp.530-533
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• 2010

This paper presents numerical analysis and design optimization of various turbine blade cooling techniques with three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS) analysis. The fluid flow and heat transfer have been performed using ANSYS-CFX 11.0. A fan-shaped hole for film-cooling has been carried out to improve film-cooling effectiveness with the radial basis neural network method. The injection angle of hole, lateral expansion angle of hole and ratio of length-to-diameter of the hole are chosen as design variables and spatially averaged film-cooling effectiveness is considered as an objective function which is to be maximized. The impingement jet cooling has been performed to investigate heat transfer characteristic with geometry variables. Distance between jet nozzle exit and impingement plate, inclination of nozzle and aspect ratio of nozzle hole are considered as geometry variables. The area averaged Nusselt number is evaluated each geometry variables. A rotating rectangular channel with staggered array pin-fins has been investigated to increase heat transfer performance ad to decrease friction loss using KRG modeling. Two non-dimensional variables, the ratio of the eight diameter of the pin-fins and ratio of the spacing between the pin-fins to diameter of the pin-fins selected as design variables. A rotating rectangular channel with staggered dimples on opposite walls are formulated numerically to enhance heat transfer performance. The ratio of the dimple depth and dimple diameter are selected as geometry variables.

• 한국가시화정보학회지
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• 제18권2호
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• pp.59-65
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• 2020

Vertical axis wind energy systems including 3 and 4 blades are numerically investigated in a two-dimensional (2D) computational domain. The power coefficient (C_p) is adopted to measure the efficiency of the system and the effect of the rotating velocity on the power coefficient is analyzed for the two different systems. The rotating velocity varies from 30 rad/s to 90 rad/s, which corresponds to the tip speed ratio (T.S.R) of 0.5 to 1.5. The torque exerted on the blades is mainly determined by the aerodynamic force in the x-direction and maximized when the blade is positioned at around θ = 186°. The efficiency of the 4-blade system is higher than that of the 3-blade system within the tip speed ratio range between 0.5 and 0.67, besides where the 3-blade system shows a better performance. For the 3-blade system, the maximum efficiency is reached to 0.082 at the tip speed ratio of 1.083. The maximum efficiency of the 4-blade system is 0.071 at T.S.R. = 0.92. The velocity fields in the x-direction, pressure fields, and the vorticity magnitude are analyzed in detail for the optimal cases of the 3- and 4-blades systems, respectively.

• 드라이브 ㆍ 컨트롤
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• 제11권4호
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• pp.15-24
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• 2014

It is difficult to analytically derive a volumetric displacement formula for a gerotor hydraulic motor due to the complexity of the geometric shape of its gear lobes. This work proposes an analytical method for the volumetric displacement, a relatively easy method based upon two physical concepts: conservation between hydraulic energy and mechanical shaft energy, and torque equilibrium for the rotor's motion. The first research using these concepts was conducted on inner and outer rotors rotating with respect to each rotor axis. This work represents the second report conducted on an inner rotor revolving as a planetary motion on the stationary outer rotor. The formula equations regarding the volumetric displacement and flow rate are derived, and the proposed formula about the volumetric displacement is proven to be the same as another analytical displacement formula: the so-called vane length method. From the formula, volumetric displacement is calculated for an example geometry of the gear lobes. The resultant displacement is confirmed to be the same as the value calculated from the chamber volume method. The proposed analytical formula can be utilized in the analysis and design of gerotor hydraulic motors. Because it is based on torque equilibrium, this formula can provide a better understanding of torque performance, such as torque ripple, in designing a gerotor type motor.

• 해양환경안전학회지
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• 제20권5호
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• pp.586-592
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• 2014

본 연구에서는 BEMT(Blade Element Momentum Theory)에 의해 우선 정격 출력 100 kW인 수평축 조류 발전용 단일 터빈에대한 기본 형상 설계를 진행하고, CFD 해석을 통해 블레이드 주변 유동특성 파악 및 출력 성능 예측을 하였다. 기본적인 에어포일은 FFA-W3-301, DU-93-W210, NACA-63418을 사용하였다. 이를 바탕으로 상반회전 터빈의 특성을 고찰한 결과, 설계 주속비 5.17에서 최대 출력계수는 0.495이며, 터빈의 출력은 101.82 kW를 얻었다.

• 멤브레인
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• 제33권1호
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• pp.34-45
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• 2023

본 연구에서는 투과 유량 모델을 개발하기 위하여, 시간, 막 전후의 압력 차, 회전 속도, 막의 기공 크기, 동점도, 농도 및 공급 유체의 밀도 등 7개의 입력 변수에 기반한 두 종류(ANN 및 SVM) 인공지능 기법을 이용하였다. 시행착오법과 실험데이터와 예측 데이터 간의 결정 계수(R²) 와 평균절대상대편차(AARD)를 포함한 두 가지 통계 변수를 통해 최적의 모델을 선정하였다. 최종적으로 얻어진 결과에서 최적화된 ANN 모델이 R² = 0.999 및 AARD% = 2.245인 투과 플럭스 예측 정확도를 보여서, R² = 0.996 및 AARD% = 4.09의 정확도를 보인 SVM 모델에 비해 더 정확함을 알 수 있었다. 또한, ANN 모델은 SVM 방식에 비해 투과 유속을 예측하는 능력도 더 높은 것으로 나타났다.