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Cho, Junhyun,Shin, Hyungki,Cho, Jongjae,Kang, Young-Seok,Ra, Ho-Sang,Roh, Chulwoo,Lee, Beomjoon,Lee, Gilbong,Kim, Byunghui,Baik, Young-Jin Springer-Verlag 2017 Frontiers in energy Vol.11 No.4
<P>Research on applying a supercritical carbon dioxide power cycle (S-CO2) to concentrating solar power (CSP) instead of a steam Rankine cycle or an air Brayton cycle has been recently conducted. An S-CO2 system is suitable for CSP owing to its compactness, higher efficiency, and dry-cooling capability. At the Korea Institute of Energy Research (KIER), to implement an S-CO2 system, a 10 kWe class test loop with a turbinealternator-compressor (TAC) using gas foil bearings was developed. A basic sub-kWe class test loop with a highspeed radial type turbo-generator and a test loop with a capability of tens of kWe with an axial type turbogenerator were then developed. To solve the technical bottleneck of S-CO2 turbomachinery, a partial admission nozzle and oil-lubrication bearings were used in the turbogenerators. To experience the closed-power cycle and develop an operational strategy of S-CO2 operated at high pressure, an organic Rankine cycle (ORC) operating test using a refrigerant as the working fluid was conducted owing to its operational capability at relatively low-pressure conditions of approximately 30 to 40 bar. By operating the sub-kWe class test loop using R134a as the working fluid instead of CO2, an average turbine power of 400 W was obtained.</P>
초음속 충동형 터빈 성능개선을 위한 동익 오버랩 최적설계
조종재(Jongjae Cho),서종철(Jongchul Seo),김귀순(Kuisoon Kim) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11
동익 오버랩은 축류 터빈의 성능향상을 위해 적용되며, 동익의 익단과 익근에 추가적인 높이를 적용함으로써 충분한 유로를 확보할 수 있다. 특히, 초음속 터빈에서는 동익 유로에서의 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. A rotor overlap technique was adapted to improve the performance of a axial turbine. The technique secured sufficient flow passage by additional height at the rotor tip and hub. especially in a supersonic turbine, the technique reduced the chance of chocking in the rotor passage, and made to be satisfied the design pressure ratio. However, the technique also made additional losses, like a pumping loss, expansion loss, etc. Therefore, a optimization technique was appled to maximize the improvement of the turbine performance. An approximate optimization method was used for the investigation to secure the computational efficiency. The design variables was shape factors of a rotor overlap. Results indicated that a significant improvement in turbine performance can be achieved through the optimization of the rotor overlap.
원심압축기 임펠러 편심에 따른 성능특성에 대한 유동해석
조종재(Jongjae Cho),신봉근(Bong Gun Shin),이승훈(SeungHoon Lee),조연화(Yeonhwa Cho),김길영(Kilyoung Kim),류시양(ShiYang Ryu) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5
기어드 타입 산업용 원심압축기의 경우, 임펠러의 자중에 의한 쳐짐과 불 기어가 피니언 기어를 미는 힘에 의해 임펠러 편심이 발생한다. 이러한 편심은 임펠러의 동역학 및 성능 특성 변화를 일으킨다. 이 편심에 의한 동특성 현상은 고압 압축기에서 주로 발생한다. 특히, 이 동역학적 불안정성은 임펠러나 축 베어링 파손을 일으킬 수 있다. 임펠러의 파손은 다른 요소부품들의 연쇄적인 손상을 초래하며, 이로 인한 갑작스런 정지 및 상당한 시간과 경제적인 손실을 야기할 수 있다. 따라서 이러한 편심에 의한 임펠러 및 베어링 파손을 방지하기 위해서는 편심에 따른 동역학 및 성능특성 변화에 대한 분석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 압축기 편심에 따른 임펠러에 작용하는 유동 가진력을 전산해석을 통하여 예측하였다. 또한 도출된 결과를 바탕으로 편심량에 따른 동역학적 불안정성과 성능특성을 비교·분석하였다. For an commercial integrally geared centrifugal compressor, the weight of impeller and the pressing force of a bull gear to pinion gear are eccentric to an impeller. The eccentric causes the dynamic and performance characteristics of a compressor. Dynamic instability caused by the eccentricity is mainly generated in the high-pressure compressor. In particular, this instability can cause damage to the impeller and shaft bearing. Damage of the impeller results in damage and failure of other component parts of a compressor, which resulting in sudden stop and in significant time and economic loss. Therefore, analysis of the change in dynamic and performance characteristics of the offset is required in order to prevent the impeller and bearing damage due to such eccentricity. Therefor, in this study, Exciting forces acting on the impeller due to instable flow according to the eccentric were predicted by computational analysis. In addition, comparing the dynamic instability and performance characteristics accoring to eccentricity were compared and analyzed by the numerical results.
90° 곡관에서의 비축대칭 끝벽면을 이용한 열유동 환경 개선
조종재(Jongjae Cho),김귀순(Kuisoon Kim) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회지 Vol.15 No.4
This paper presents the shape optimization of the endwall which improve the aerothermal environment of a gas turbine passage. A nonaxisymmetric endwall technique was adapted as the improving method. The turbine passage was simulated by a 90° turning duct (Re<SUB>D</SUB>=360,000). The main purpose of the present investigation was to focus on finding a nonaxisymmetric endwall with minimum total pressure loss in the passage and heat transfer coefficient on the endwall of the duct. An approximate optimization method was used for the investigation to secure the computational efficiency. Results indicated that a significant improvement in aerothermal environment can be achieved through the application of a nonaxisymmetric endwall.
날개-평판 접합부에서의 날개 앞전 형상 최적화를 통한 유동특성 향상
조종재(Jongjae Cho),김귀순(Kuisoon Kim) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11
본 논문에서는 2차유동손실을 일으키는 주요 요인 중의 하나인 말굽와류의 강도를 감쇄시키기 위해 일반적인 날개 앞전의 형상을 결정하는 변수를 정하고 이를 최적화 하였다. 근사최적설계 기법을 이용 최적화를 수행하였다. 유동해석과 최적화 프로그램으로는 FLUENT<SUP>TM</SUP>과 iSIGHT<SUP>TM</SUP>를 이용하였다. 최적화 수행결과, 기준 모델의 경우보다 전압력 계수가 약 9.79% 감소하였다. The present study deals with the leading edge shape on a wing-body junction to decrease a horseshoe vortex, one of the main factors to generate the secondary flow losses. The shape of leading-edge is optimized with design variables form the leading-edge shape. Approximate optimization design method is used for the optimization. The study is investigated using FLUENT<SUP>TM</SUP> and iSIGHT<SUP>TM</SUP>. As the result, total pressure coefficient of the optimized design case was decreased about 9.79% compare to the baseline case.
90° 곡관에서의 비축대칭 끝벽과 끝벽 경계층 판을 이용한 유동특성 향상
조종재(Jongjae Cho),김상조(Sangjo Kim),서종철(Jongchul Seo),김귀순(Kuisoon Kim),정은환(Eunhwan Jeong) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.5
본 논문에서는 가스터빈 유로의 공력열환경을 개선시키기 위해서 비축대칭 끝벽과 끝벽 경계층 판의 형상 최적화를 수행하였다. 터빈 유로 모사를 위해 90° 곡관을 이용하였다. 본 연구는 터빈 유로에서의 전압력 손실과 유로 끝벽에서의 열전달 계수를 최소화하기 위한 비축대칭 끝벽과 끝벽 경계층 판의 형상을 찾는 것이다. 최적화 과정의 효율성을 위해 근사 최적화 방식을 사용하였다. 최적화된 비축대칭 끝벽과 끝벽 경계층 판을 통해, 상당한 공력열환경 개선을 확인할 수 있었다. This paper presents the shape optimization of a nonaxisymmetric endwall and endwall boundary layer fence which improve the aerothermal environment of a gas turbine passage. The endwall and fence methods were used simultaneously. The turbine passage was simulated by a 90° turning duct (ReD=360,000). The main purpose of the present investigation was to focus on finding a nonaxisymmetric endwall and boundary layer fence with minimum total pressure loss in the passage and heat transfer coefficient on the endwall of the duct. An approximate optimization method was used for the investigation to secure the computational efficiency. Results indicated that a significant improvement in aerothermal environment can be achieved through the application of a nonaxisymmetric endwall and boundary layer fence.