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차세대 초고온 가스터빈의 가변 충돌 및 이중벽냉각 구조 최적화 기술과 3D printer/정밀 가공의 융합 제조 기술 개발
권화빈(Hwabhin Kwon),최제문(Jaemun Choi),김준섭(Joon Seob Kim),정예림(Ye Lim Jung),박희성(Heesung Park) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.05
A complex cooling structure is applied to protect the high-temperature components of the next-generation gas turbine, and a single crystal precision casting method is applied to manufacture it. The single crystal casting method has the disadvantage that the process is complicated and the manufacturing time is long. To compensate for this, a study was conducted to apply a 3D printer and precision processing technology in combination. The double-wall cooling structure applied to the single-stage vane was optimized through numerical simulation studies, and this was verified through experiments. The effusion angles of film cooling and impingement cooling applied to the double wall cooling structure are designed to be 35 ˚ and 90 ˚, respectively. A wind tunnel test was performed to experimentally determine the film cooling performance. In order to increase the film cooling performance, the structure of the delta wing tip and delta wing flop is applied. Heat transfer characteristics and cooling performance are analyzed using a thermal imaging camera and flow visualization technology. Through the development of a process the combines 3D printer and precision processing, the single-stage vane derived by this study is produced. By applying a process that combines 3D printer and precision machining, a single-stage vane derived by this study is manufactured and is evaluated.
하이브리드/전기 자동차용 수냉식 배터리 셀의 냉각성능에 관한 수치 해석적 연구
권화빈(Hwabhin Kwon),박희성(Heesung Park) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集B Vol.40 No.6
리튬 이온 배터리는 높은 에너지 밀도와 안정적인 충전/방전 특성을 내재하고 있어 하이드리드 및 전기자동차에 보편적으로 사용된다. 리튬 이온 배터리의 효율은 배터리 자체의 온도 특성에 직접적인 영향을 받으므로, 열을 효율적으로 냉각하는 기술이 요구된다. 본 논문에서는 수냉식 배터리 냉각 시스템의 냉각 성능과 펌프 소모동력에 관한 전산유체해석을 수행하였다. 이를 위해 배터리 셀의 냉각수 유량 및 냉각 채널의 특성에 따른 냉각 성능을 수치적으로 예측하였다. 이를 바탕으로 250개 배터리 셀을 기준으로 유량 및 차압에 의한 소모동력을 계산하였다. 이러한 연구는 차세대 하이브리드 및 전기자동차의 시간에 따른 배터리의 온도 변화 및 충/방전 효율 최적화 기술에 적용할 수 있는 기초 연구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. Lithium-ion batteries are commonly employed in hybrid electric vehicles (HEVs), and achieving high energy density in the battery has been one of the most critical issues in the automotive industry. Because liquid cooling containing antifreeze is important in automotive batteries to enable cold starts, an effective geometric configuration for high-cooling performance should be carefully investigated. Battery cooling with antifreeze has also been considered to realize successful cold starts. In this article, we theoretically investigate a specific property of an antifreeze cooling battery system, and we perform numerical modeling to satisfy the required thermal specifications. Because a typical battery system in HEVs consists of multiple stacked battery cells, the cooling performance is determined mainly by the special properties of antifreeze in the coolant passage, which dissipates heat generated from the battery cells. We propose that the required cooling performance can be realized by performing numerical simulations of different geometric configurations for battery cooling. Furthermore, we perform a theoretical analysis as a design guideline to optimize the cooling performance with minimum power consumption by the cooling pump.
공랭식 BLDC 모터의 효율 변화에 관한 수치 해석적 연구
권화빈(Hwabhin Kwon),이원식(Won-Sik Lee),김규탁(Gyu-Tak Kim),박희성(Heesung Park) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集B Vol.42 No.10
Brush less direct current(BLDC) 모터는 브러시와 정류자 사이에 기계적 마찰이 없기 때문에 반영구적 내구성과 높은 신뢰성의 장점을 가진다. 그러나 장시간 고출력으로 부하 시 모터의 온도가 상승한다. 모터의 온도증가는 권선저항을 증가시키고 영구자석의 성능을 저하시키는 요인이 된다. 본 연구는 공기유량에 따른 600 W BLDC 모터의 온도 분포를 수치해석 하였다. 입구 유량을 0, 10 l/min 으로 변경하여 모터 내부의 구리 권선 및 영구 자석의 온도를 예측하였다. 수치해석 결과의 신뢰성을 검증하기 600 W BLDC 모터의 부하시험을 진행하였다. 부하시험에서 측정된 모터의 효율을 통해 공기 유량에 따른 모터의 효율을 예측하였다. 비냉각 모터와 10 l/min 의 공랭식 모터의 효율은 각각 85.2 %와 85.96 %로 계산되었다. 본 연구는 모터 내부의 직접 냉각 기술의 최적화에 적용할 수 있는 기초 연구로 활용될 것으로 기대된다. A BLDC motor electronically performs rectification without brushes. Therefore, the BLDC motor has high durability and reliability. Nonetheless, the temperature rise in the motor increases the resistance of the copper windings and decreases the performance of the permanent magnets. We conducted numerical simulations to analyze the temperature distribution of 600 W air-cooled BLDC motor. To validate the numerical model, the motor load test was carried out. The numerical simulations predict that the supplied air flow rate of 10 L/min demonstrates lower temperature distributions at the copper windings and permanent magnets. In 20 min of operation, the efficiency of the air-cooled motor is improved from 85.2% to 85.96%. The air-cooled motor demonstrates that the efficiency of the motor increases at 0.62% for every 10 min of operation. With the proposed cooling structure, a more reliable and durable BLDC motor can be developed.