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제안 방법
- (3)3) Rhee 와 Cho'”)는 환형 케스케이드 내에 설치된 고정된 블레이드 끝단과 슈라우드에서의 열/물질전달을 나프탈렌 승화법을 이용하여 측정하고 케스케이드 입구 레이놀즈수에 따른 열/물질전달 계수의 변화에 대한 연구를 수행하였다. 그들은 블레이드 끝단에서의 평균열전달 계수가 슈라우드 표면에 비해 높게 나타나는 것을 보였고, 레이놀즈수가 증가할 때, 끝단의 열전달 계수의 크기는 증가하지만 열전달 특성은 비슷하다는 것을 보였다.
- 그리고 블레이드 끝단의 열전달 계수는 끝단 간극의 크기에 큰 영향을 받지 않음을 보였다. Azad 등°Fe액정을 사용하여 끝단 간극의 크기, 주유동의 난류강도, 다양한 끝단 형상이 블레이드 끝단의 열전달 계수 분포에 미치는 영향을 연구하였다. 그들은 주유동의 난류강도가 커질수록 블레이드 끝단에서의 열전달 계수는 증가하고 블레이드 끝단 형상이 바뀜에 따라 열전달 계수의 분포도 바뀐다는 것을 보였다.
- 5%에 해당한다. 끝단 간극의 크기를 조절하기 위해 끝단 간극과 동일한 두께의 단단한 개스켓을 케스케이드의 옆 벽과 바깥에 위치한 두 개의 블레이드, 그리고 블레이드 뒷전에 위치한 테일보드 위에 설치하였다.
- 에서의 열전달 계수를 측정하였다. 또 2개의 끝단 형상과 각각 3개의 끝단 간극의 크기가 열전달 계수 분포에 미치는 영향을 살펴보았다. 본 논문의 결과는 이전의 액정을 이용한 연구 결과들에 비해 보다 선명한 열전달 계수의 분포를 나타내고 있어 블레이드 끝단과 그 주변에서의 자세한 열전달 계수 분포를 제공함으로써 블레이드 끝단 주변 영역에서의 열전달 현상의 이해를 돕고, 추후 전산 해석의 기본 데이터로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
- 본 논문에서는 블로다운 시험 장치와 천이액정법을'사용하여 두 가지 터빈 케스케이드 끝단 형상에 대해 끝단과 그 주변에서의 열전달 계수를 측정하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 실험 대상 표면 온도가 원하는 온도 (약 70℃)까지 가열된 후, 액정의 색깔을 RGB CCD 카메라와 24bit 이미지 캡처 보드를 이용하여 컴퓨터에 저장하였다. 이때, 블레이드와 슈라우드에 부착된 열전대로 온도를 측정하여 색깔변화 시간을 측정할 때와의 기준온도가 되도록 하였다.
- 실험 장치는 5개의 선형 블레이드를 가진 케스케이드로 구성되었다. 실험실 외부의 탱크에 저장된 압축 공기가 공압 밸브를 통해 케스케이드로 유입되면 밸브 컨트롤러가 하류의 압력을 피드백 받아 케스케이드 내의 주 유동 속도를 희망하는 값의 ±3% 이내로 조절할 수 있도록 하였다. 케스케이드 입구의 크기는 가로 31.
- 수행되었다. 아랫면에 포일 히터가 설치된 0.64mm 두께의 알루미늄 판 윗면에 실험에 사용될 것과 동일한 종류의 검은색 페인트 및 액정을 시험 부에 적용할 때와 같은 방법으로 살포하고, 히터의 입력 전압을 조절하여 액정이 살포된 면의 온도를 빨간색이 나타나는 온도부터 0.55℃ 씩 서서히 증가시켰다. 이 때, 각각의 온도에서 액정의 색깔을 CCD 카메라를 통해 컴퓨터에 저장하고 각 이미지의 100x40 픽셀에서의 색상 값을 평균하여 온도와 색상의 관계식을 구하였다.
- 55℃ 씩 서서히 증가시켰다. 이 때, 각각의 온도에서 액정의 색깔을 CCD 카메라를 통해 컴퓨터에 저장하고 각 이미지의 100x40 픽셀에서의 색상 값을 평균하여 온도와 색상의 관계식을 구하였다. Fig.
- 실험 대상 표면 온도가 원하는 온도 (약 70℃)까지 가열된 후, 액정의 색깔을 RGB CCD 카메라와 24bit 이미지 캡처 보드를 이용하여 컴퓨터에 저장하였다. 이때, 블레이드와 슈라우드에 부착된 열전대로 온도를 측정하여 색깔변화 시간을 측정할 때와의 기준온도가 되도록 하였다. 저장된 이미지의 각각의 픽셀에서 미리 보정된 색상-온도의 관계식을 이용하여 초기 표면온도를 계산하였다.
- 이때, 블레이드와 슈라우드에 부착된 열전대로 온도를 측정하여 색깔변화 시간을 측정할 때와의 기준온도가 되도록 하였다. 저장된 이미지의 각각의 픽셀에서 미리 보정된 색상-온도의 관계식을 이용하여 초기 표면온도를 계산하였다. 초기 표면 온도의 측정이 끝난 후, 20℃ 온도범위 액정을 제거하고 검은색 페인트와 4℃ 온도범위 액정을 실험 대상 표면에 뿌린 후, 히터의 전원을 공급하여 블레이드와 슈라우드에 부착된 열전대로 측정된 온도가 초기표면 온도 측정 때와 동일할 때까지 블레이드를 가열하였다.
- 초기 온도 측정을 위해 실험 대상 표면에 검은색 페인트 (BB-G1, Hallcrest)와 201: 온도범위 액정을 균일하게 뿌린 후 카트리지 히터에 전원을 공급하였다. 실험 대상 표면 온도가 원하는 온도 (약 70℃)까지 가열된 후, 액정의 색깔을 RGB CCD 카메라와 24bit 이미지 캡처 보드를 이용하여 컴퓨터에 저장하였다.
- 저장된 이미지의 각각의 픽셀에서 미리 보정된 색상-온도의 관계식을 이용하여 초기 표면온도를 계산하였다. 초기 표면 온도의 측정이 끝난 후, 20℃ 온도범위 액정을 제거하고 검은색 페인트와 4℃ 온도범위 액정을 실험 대상 표면에 뿌린 후, 히터의 전원을 공급하여 블레이드와 슈라우드에 부착된 열전대로 측정된 온도가 초기표면 온도 측정 때와 동일할 때까지 블레이드를 가열하였다. 측정된 온도가 원하는 값이 도달하면 히터를 끄고 유동 조절 밸브를 열어 압축 공기를 흐르게 하였다.
- 블레이드의 아래 부분에는 카트리지 히터를 삽입할 수 있는 3개의 공간을 설치하였다. 카트리지 히터가 알루미늄 코어를 가열하고 연쇄적으로 폴리카보네이트 끝단을 가열할 수 있도록 하였다. Fig.
- 실험의 지속 시간은 1차원 열전달의 가정이 유효하도록 하기위해 10~30초 정도로 제한하였다. 컴퓨터에 저장된 모든 이미지의 각 픽셀에서 색상을 계산하고, 이를 이용하여 초기 온도 조건 (40~60℃)에서 주어진 색상 값(50)에 해당하는 온도(끝단과 슈라우드의 경우 29E, 압력면과 흡입면의 경우 29.6℃)까지 변화하는데 걸리는 시간(t) 을 계산한 후, 식 (3)에 대입하여 각 픽셀에서의 대류 열전달 계수를 계산하였다.
대상 데이터
- 7% 가 되게 하였다. 본 연구에 사용된 끝단 간격의 크기는 1.31mm, 1.97nun, 그리고 3.29mm로 각각 블레이드 스팬의 1.0%, 1.5%, 그리고 2.5%에 해당한다. 끝단 간극의 크기를 조절하기 위해 끝단 간극과 동일한 두께의 단단한 개스켓을 케스케이드의 옆 벽과 바깥에 위치한 두 개의 블레이드, 그리고 블레이드 뒷전에 위치한 테일보드 위에 설치하였다.
- 3은 열전달 측정을 위한 블레이드를 나타낸 것이다. 블레이드의 스팬은 12.2cm이고 축코드 길이는 8.61cm이다. 블레이드의 아래 부분은 알루미늄으로 만들어졌고 끝단 부분은 열전도도가 낮은 폴리카보네이트로 만들어졌다.
- 1은 블로 다운 (blow-down) 실험 장치의 개략도를 나타낸다. 실험 장치는 5개의 선형 블레이드를 가진 케스케이드로 구성되었다. 실험실 외부의 탱크에 저장된 압축 공기가 공압 밸브를 통해 케스케이드로 유입되면 밸브 컨트롤러가 하류의 압력을 피드백 받아 케스케이드 내의 주 유동 속도를 희망하는 값의 ±3% 이내로 조절할 수 있도록 하였다.
이론/모형
- 열전달 계수의 측정에는 색상 검출 방식의 천이액 정법 (transient liquid crystals technique) 이 사용되었다. 액정을 이용한 열전달 측정법에는 크게 정상상태법과 천이법이 있다.
- 알려진 바와 같이 사용 온도 범위 내에서는 온도와 색상이 단순한 관계를 가지므로 액정 색깔을 통해 색상을 계산하면 표면 온도를 계산할 수 있다. 컴퓨터에 저장된 이미지의 각 픽셀에서 RGB 정보를 이용하여 색상을 구하는 것은 상용 소프트웨어인 Matlab을 사용하였다.
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