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문제 정의
- 본 연구는 50% 이하 수준의 효율을 보이고 있는 볼텍스 형태를 대신하는 원심형태의 비 막힘형 수중 슬러리 펌프 임펠러를 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 위해 용도의 특성을 고려한 몇 가지의 제약조건(15kw, 2 개의 날개 - 고형물 통과 면적 극대화 측면, 입구 및 출구직경, 허브 기초 곡면 등)을 충족하는 범위에서 가장 효과적인 임펠러의 형상을 찾고자 상용 해석용 프로그램을 사용하여(ANSYS BladeGen, Turbo Grid, CFX) 전산해석을 수행하였다.
- 이를 위해 용도의 특성을 고려한 몇 가지의 제약조건(15kw, 2 개의 날개 - 고형물 통과 면적 극대화 측면, 입구 및 출구직경, 허브 기초 곡면 등)을 충족하는 범위에서 가장 효과적인 임펠러의 형상을 찾고자 상용 해석용 프로그램을 사용하여(ANSYS BladeGen, Turbo Grid, CFX) 전산해석을 수행하였다. 해석은 몇 가지 중요변수를 중심으로 수행하였으며, 해석결과를 통해 어떠한 변수가 펌프 효율에 민감하게 영향을 주는가를 살펴보고자 한다.
- 본 연구는 볼텍스 형태를 대신하는 원심형태의 비 막힘형 2엽 수중 슬러리 펌프 임펠러를 개발하기 위해 수행하였으며, 일련의 해석 결과를 통해 아래의 몇 가지 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 Table 1 과 같이 자오면(meridional surface)을 기준으로 흡입 측 직경, 출구 측 높이와 경계면을 구성하는 허브(hub) 및 슈라우드(shroud) 곡선이 경계조건으로 주어진 상황에서 입구면 날개의 비틀림 각(β : blade angle, θ : angle position)과 날개의 길이(자오면 비틀림을 제어함, α : blade length angle)가 펌프의 성능에 미치는 영향을 살펴보고자 해석을 수행하였다.
가설 설정
- 비 막힘형 수중 슬러리 펌프는 고형물이 포함된 액체를 원활하게 양수하기 위해 임펠러 내의 유로와 출구의 폭을 넓게 설계하게 된다. 날개의 수는 고형물의 크기에 따라 1개부터 여러 개까지 설계 가능하나 본 연구에서는 2개로 제한하였다. 그리고 펌프의 성능에 절대적인 영향을 미치는 임펠러의 형상 설계에서는 날개의 기본 형상을 표현하는 자오면(meridional view)을 기준으로 흡입 측 직경, 출구 측 높이와 경계면을 구성하는 허브(hub) 및 슈라우드(shroud) 곡선이 중요한 설계변수가 된다.
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