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김명호(Myungho Kim),임주현(Juhyun Im),김용련(Yeongryun Kim) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5
가스터빈 엔진의 냉각터빈 효율은 터빈 입구 유동에 냉각유동이 추가되어 일반적인 입·출구조건으로는 터빈 효율 정의가 맞지 않아, 기존 문헌에 제시된 냉각터빈 효율의 정의와 차이점을 검토하였고, 엔진사이클 성능 정의에 필요한 냉각터빈 효율을 정의하고자 하였다. 효율 검토를 위해 적용한 터빈은 1단 고압터빈으로 노즐과 블레이드 모두 내부 냉각 채널이 구성된 필름냉각 방식이며, 터빈 입구온도가 1,600K 인 고하중 터빈이다. 냉각터빈 효율 분석을 위한 터빈 유동해석은 냉각채널이 없는 에어포일 벽면의 냉각 효과를 감안하고, 설계 시 반영된 입·출구 경계조건과 노즐과 블레이드의 냉각 유량이 주유동과 혼합되는 유동을 모사하였다. 터빈부의 각 지점 온도와 압력, 유량 등의 공력해석결과를 활용하여 기존 제시된 냉각터빈 효율 정의에 의해 효율값을 산출하였다. 엔진사이클용 터빈 성능맵을 제시하기 위해 계산된 효율을 비교하였고, 엔진 사이클 성능 평가에 활용하였다. 정립된 효율 정의는 리그시험과 코어엔진시험의 성능 평가 시 효율 산출을 위한 기초자료로 활용하고자 한다. The efficiency of the cooled turbine should be defined considering both the properties of the main flow and the cooling flow. In this respect, the various methods for defining the cooled turbine efficiency have been discussed in the papers and technical reports. In this study, the various definitions of cooled turbine efficiency are reviewed, discussed and compared for the single-stage high pressure turbine with film cooling. To decide the turbine efficiency, the pressure, temperature, and mass flow rate at the turbine inlet and exit were obtained from Computational Fluid Dynamics (CFD) calculation. In the CFD calculation, the mixing process between the main and cooling flows in the turbine was simulated. The cooling turbine efficiencies deduced from the various definitions were quantitatively compared, and applied to engine cycle performance evaluation. The adequate definition of the cooled turbine efficiency will be used for performance evaluation at rig and core-engine tests.
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