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문제 정의
- 본 연구에서는 압축기 입구에서 물을 분사하는 연속냉각 압축과정이 있는 경우, RWCG 사이클에 대한 엑서지 해석을 수행하고자 한다. 이를 통하여 가장 중요한 두 개의 파라미터인 압력비와 물분사율의 변화에 따라 시스템의 엑서지 효율, 각 요소에서의 엑서지 파괴비, 그리고 배기가스로 인한 엑서지 손실비 등이 어떻게 달라지는지 조사할 것이다.
- 본 연구에서는 재생형 습식압축 가스터빈 시스템에 대하여 엑서지 해석을 수행하였다. 압축기에 물을 분사하여 증발 냉각이 일어나도록 하고 재생열교환기를 이용하여 배기가스의 에너지를 일부 회수하도록 하면, 전형적인 운전조건에 대하여 시스템의 엑서지 효율을 상당히 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
- 동시에건공기 1kg당 f 1 kg의비율로 액체 물이 압축기에 분사된다. 액적의 증발에 기초한 습식압축과정의 해석은 참고문헌 [6]과 [8]에 나와 있으므로 여기서는 핵심적인 것만 간략하게 소개하기로 한다.
- 압력비와 물분사율 값이 모두 큰 경우에는 압축기 내에서 액적의 증발이 미처 끝나지 않을 수 있다. 이런 경우 압축기 출구 영역에 액적이 남아있게 되므로 본 연구 에서는 습식 압축의 효과를 온전하게 분석하기 위해서 압축기 내에서 액적이 완전히 증발하는 경우에 국한해서 해석하기로 한다. 아울러 터빈 출구온도가 압축기 출구 온도보다 낮거나, 높더라도 그 차이가 너무 작으면 재생 기를 사용할 수 없기 때문에, Table 1과 같이 재생열교환기 최소온도차(pinch point, pp)를 로 설정하여 터빈 출구온도가 압축기 출구온도에 비해 그 이상으로 높은 경우에 국한해서 해석한다 (8) .
가설 설정
- 2) 연소는 단열 완전연소 과정이다.
- 4) 압축기와 터빈의 폴리트로픽 효율이 일정하다.
- 5) 재생열교환기의 온도효율이 일정하다.
- 단열 연소과정을 가정하고 형성엔탈피(enthalpy of formation)를 고려하면 연소기 출구에서의 온도가 원하는 터빈 입구온도(TIT)와 같아지도록 하는 와c의 값을 결정할 수 있다.
- 본 연구에서 기체들은 이상기체 또는 이상기체 혼합물로 가정한다. 앞 절에서 기술한 것처럼 공기압축기 입구에서 온도, 압력, 상대습도가 주어졌기 때문에 나머지 압축기 입구에서의 조건들은 다음과 같이 구할 수 있다.
- 압축과정은 식 에 의하여 정의되는 압축률 계수로서 특성지을 수 있으며, 압축이 끝날 때까지 C는 변하지 않는 것으로 가정한다(6,8). 물과 공기의 물성치는 Irvine과 Liley (16)의 실험식을 이용하여 계산한다.
- 해석의 단순화를 위하여 액적은 구형이고 균일하게 분포되어 있다고 가정한다. 액적의 반지름이 r이라 하면 건공기 단위질량당 액적의 질량 f와 총 표면적 A tot 는 다음과 같이 주어진다.
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