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압력비에 따른 2차원 초음속 터빈의 유동특성에 대한 실험적 연구
조종재,김귀순,김진한,이은석 朝鮮大學校 機械技術硏究所 2005 機械技術硏究 Vol.8 No.1
본 연구에서는 초음속 충동형 터빈의 유동특성을 알아보기 위해 소형 초음속 풍동을 설계 하였으며 Single pass Schlieren system을 이용하여 유통을 가시화하였다. 실험은 2차원 초음속 노즐과 익렬을 조합하여 압력비에 따라 실시하였다. 실험을 통해 충격파를 포함한 복잡한 유동 형태와 노즐-익렬, 충격파-경계층 상호작용 등을 관찰할 수 있었다. In this paper, a small supersonic wind tunnel is designed and built to study the flow characteristics of a supersonic impulse turbine. The flow is visualized by means of a single pass Schlieren system. The supersonic cascade with 2-dimensional supersonic nozzle was tested over a wide range of pressure ratio. Highly complicated flow patterns including shocks, nozzle-cascade interaction and shock boundary layer interactions are observed.
조종재,김귀순,김진한,정은환 대한기계학회 2011 JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.25 No.8
This paper presents the optimization of an endwall boundary layer fence which improves the aerothermal characteristics of a gas turbine passage. The fence in a gas turbine passage effectively reduces secondary flow loss, which is generated in the cascade of the turbine. The turbine passage was simulated by a 90° turning duct (Re_D=360,000). The main purpose of the present investigation was to focus on finding a 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. Design variables were the fence shape factors (fence thickness, fence height, and fence width) as well as the radial position on the passage endwall. Results indicated that a significant improvement in aerodynamic performance can be achieved through the application of an optimized boundary layer fence. The optimized design reduced the mass-weighted average total pressure loss in the duct by 8.6% relative to the duct without the fence. The area-weighted average maximum Nusselt number on the endwall of the optimized design was decreased by 2.5% in comparison with the duct without the fence.
초음속 터번 익렬 앞전 형상 및 노즐-익렬 간격에 따른 유동 특성에 대한 실험적 연구
조종재,김귀순,김진한,정은환,정호경,Cho Jong-Jae,Kim Kui-Soon,Kim Jin-Han,Jeong Eun-Hwan,Jeong Ho-Kyung 한국추진공학회 2005 한국추진공학회지 Vol.9 No.4
본 연구에서는 초음속 충동형 터빈의 유동특성을 알아보기 위해 소형 초음속 풍동을 설계하였으며 Single pass Schlieren system을 이용하여 유동을 가시화하였다. 실험은 2차원 초음속 노즐과 익렬을 조합하여 블레이드 앞전 형상과 노즐-익렬 간극에 따라 실시하였다. 실험을 통해 충격파를 포함한 복잡한 유동 형태와 노즐-익렬, 충격파-경계층 상호작용 등을 관찰할 수 있었다. In this paper, a small supersonic wind tunnel is designed and built to study the flow characteristics of a supersonic impulse turbine cascade. The flow is visualized by means of a single pass Schlieren system. The supersonic cascade with 2-dimensional supersonic nozzle was tested for various blade leading edge shapes and gaps between the nozzle and cascade. Highly complicated flow patterns including shocks, nozzle-cascade interaction and shock boundary layer interactions are observed.
조종재(Jongjae Cho),서종철(Jongchul Seo),김상조(Sangjo Kim),김귀순(Kuisoon Kim),정은환(Eunhwan Jeong) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.5
본 연구에서는 2단형 초음속 터빈의 유동에 대한 전산해석을 수행하고 그 결과를 비교 분석하였다. 2단 전체에 대한 계산을 상용 유동해석 프로그램인 FLUENT<SUP>TM</SUP>사용하였다. 2단 동익에 대한 계산을 통하여 2단 동익의 중첩높이의 변화에 따른 터빈의 성능변화를 고찰하였다. 또한 2단 동익에서 슈라우드의 유·무에 따른 터빈의 성능변화를 고찰하였다. Numerical Analysis of two-stage supersonic turbines were conducted, and the results were analyzed. FLUENT<SUP>TM</SUP> commercial flow analysis package was employed for the calculation of the turbine. Characteristics of the turbine performance were investigated according to the overlap height and existence of the shroud at the second rotor blade through the calculations.
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.
최적화 기법을 이용한 일반적인 날개 형상에서의 유동특성 향상
조종재(Jongjae Cho),김귀순(Kuisoon Kim) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.5
터빈 익렬 내의 2차유동손실은 터빈 익렬에서 발생하는 전체 공기역학적 손실의 30∼50% 차지한다. 따라서 터빈 효율 향상에 있어 개선해야 될 중요한 부분으로 인식되고 있다. 또한, 과거부터 2차유동에 의한 손실을 줄이기 위한 많은 연구들이 수행되어졌다. 본 논문에서는 2차유동손실을 일으키는 요인 중의 하나인 말굽와류의 강도를 감쇄시키기 위해 일반적인 날개 앞전에 설치한 판에 대해, 판의 설치 높이, 길이, 폭 및 두께 등의 형상변수를 설계변수로 정하여 이를 최적화 하였다. 연구를 위해 FLUENT<SUP>TM</SUP>와 iSIGHT<SUP>TM</SUP>를 이용하였다. 그리고 기준 모델의 경우보다 전압력 손실 계수가 약 7.5% 향상 되었다. Secondary flow losses can be as high as 30~50% of the total aerodynamic losses generated in the cascade of a turbine. Therefore, these are important part for improving a turbine efficiency. As well, many studies have been performed to decrease the secondary flow losses. The present study deals with the leading edge fences on a wing-body to decrease a horseshoe vortex, one of the factors to generate the secondary flow losses, and optimizes the shape of leading-edge fence with the shape factors, such as the installed height, length, width, and thickness of the fence as the design variables. The study was investigated using FLUENT<SUP>TM</SUP> and iSIGHT<SUP>TM</SUP>. Total pressure loss coefficient was improved about 7.5 % than 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.