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한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.28 no.1, 2017년, pp.113 - 119
마상범 (인하대학교 대학원 기계공학과) , 김광용 (인하대학교 대학원 기계공학과) , 최재호 (한화테크윈 항공엔진개발센터) , 이원석 (한화테크윈 항공엔진개발센터)
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An investigation on aerodynamic performance of a highly-loaded axial fan has been conducted to find the effects of tip injection and casing groove on aerodynamic performance in this study. Three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with
| 핵심어 | 질문 | 논문에서 추출한 답변 |
|---|---|---|
| 저유량 영역에서 팬이나 압축기의 안정성이 저하되는 이유는 무엇인가? | 항공용 가스터빈에 장착되는 축류 팬(fan)이나 축류압축기의 경우 가스터빈의 성능과 안정성에 대한 요구가 높아짐에 따라 효율 향상뿐만 아니라 운전가능 영역의 확대를 위한 설계가 요구되고 있다. 그러나 저유량 영역에서는 실속(stall)과 서지(surge) 현상으로 인해 압력비와 효율 등의 성능이 감소되고 유동 불안정성이 증가하여 심한 진동이 발생되기 때문에 팬이나 압축기의 안정성이 심각히 저하될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 실속과 서지현상 등과 관련되는 유동 메카니즘의 예측과 작동 안정성 향상을 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. | |
| 압축기 팁 간극이 효율에 미치는 영향은? | 압축기 팁 간극에 대한 연구로서 Wisler1)은 낮은 회전수의 압축기에서 팁 간극을 2배로 증가했을 때 최고 효율이 1.5% 감소하는 것을 확인했다. Hah 등2)은 스윕 축류압축기의 케이싱 부근에서 발생하는 팁 누설 유동과 충격파의 상호작용으로 인해 발생하는 실속현상을 삼차원 수치해석을 통해 연구하였고 팁 누설 유동이 실속 현상을 유발하는 중요한 역할을 하는 것을 확인하였다. | |
| 팬과 압축기의 작동안정성을 향상시키기 위해 케이싱 트리트먼트와 관련된 최근의 연구는 무엇이 있는가? | 팬과 압축기의 작동안정성을 향상시키기 위해 적용되는 케이싱 트리트먼트(casing treatment)에 대한 연구들도 최근에 많이 수행되고 있다. Takata 등3)은 케이싱에 슬럿(slot) 형태의 홈을 내어 작동 영역을 확장시키는 연구를 수행하였고, Kim 등4)은 천음속 축류압축기의 스톨 마진(stall margin)과 최고 효율을 극대화시키기 위해 케이싱 그루브(casing groove)와 팁 인젝션(tip injection)을 도입하고 그 형상을 최적화하는 연구를 수행하였다. Crook 등5)은 축류압축기에 케이싱 트리트먼트를 적용하여 팁 누설 유동에 의해 발생하는 끝벽에서의 유로폐쇄(endwall blockage) 현상이 완화되는 것을 수치해석을 통하여 확인하였다. |
Wisler, D. C., "Loss reduction in axial flow compressors through low-speed model testing," ASME J. Turbomachinery, Vol. 107, 1985, pp. 532-541.
Hah, C., Rabe, D. C., and Wadia, A. R., "Role of Tip- Leakage Vortices and Passage Shock in Stall Inception in a Swept Transonic Compressor Rotor," ASME Turbo Expo, GT2004-53867.
Takata H. and Tsukuda Y., "Stall Margin Improvement by Casing Treatment - Its Mechanism and Effectiveness," Journal of Engineering for Power, Vol. 99, 1977, pp. 121-133.
Kim, J. H., Kim, D. W., and Kim, K. Y., "Aerodynamic optimization of a transonic axial compressor with a casing groove combined with tip injection," Proceedings of The Institution of Mechanical Engineers, Part A-Journal of Power and Energy, Vol. 277, 2013, pp. 869-884.
Crook A. J., Greitze E. M., Tan C. S. and Adamczyk J. J., "Numerical Simulation of Compressor Endwall and Casing Treatment Flow Phenomena," Journal of Turbomachinery, Vol. 133, 1993, pp. 501-512.
ANSYS CFX-15.0, 2013, Ansys inc.
Chen, H., Huang, X., and Fu, S., "CFD Investigation on Stall Mechanism and Casing Treatment of a Transonic Compressor," 42nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, Sacramento, 2006, AIAA Paper, 2006-4799.
Ismail, N. I., Zulkifli, A. H., Abdullah, M. Z., Hisyam, B. M., and Abdullah, N. S., "Computational Aerodynamic analysis on peri-meter reinforced(PR)-compliant wing," Chinese Journal of Aeronautics, Vol. 26, No. 5, 2012, pp. 1093-1105.
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