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[국내논문] 연세대학교 가스터빈 열전달 실험설비 소개 원문보기

기계저널 : 大韓機械學會誌, v.57 no.11, 2017년, pp.50 - 54  

조형희 (연세대학교 기계공학부)

초록
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이 글에서는 가스터빈 고온부품에 대한 정확한 열전달 측정과 차세대 냉각기술 개발을 위해 연세대학교 열전달연구실이 보유하고 있는 가스터빈 열전달 실험장치를 소개하고자 한다.

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 열전달연구실은 차세대 가스터빈으로 주목받고 있는 초임계 가스터빈에 접목 가능한 초임계 냉각시스템에 대한 연구를 선도하고자 초임계 이산화탄소 열전달 실험장치(Supercritical carbon dioxide heat transfer experimental loop)를 구축하였다. 초임계실험장치에서는 이산화탄소를 작동유체로 하며 아임계(Subcritical)부터 초임계 상태까지 실험이 가능하다.
  • 또한 냉각성능을 향상시키기 위해 유체-기체 간의 상변화를 이용한 미스트 냉각 실험장치를 구축하였고 이에 대한 연구를 수행 중이다. RTD 센서를 이용하여 미스트 냉각기술의 열전달을 측정하고 있으며 PIV(Particle image velocimetry) 가시화 기법을 이용하여 미스트의 유동 특성을 분석하고 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고온부품을 보호할 수 있는 냉각기술의 개발 및 설계는 왜 필요한가? 가스터빈의 성능 증대를 위해 계속적으로 터빈입구온도가 증가하면서 연소기와 터빈을 구성하는 고온부품의 열적 파손 위험이 높아지고 있다. 따라서 안정적인 가스터빈 운영을 위해 고온부품을 보호할 수 있는 냉각기술의 개발 및 설계가 필요하다.
폐루프 풍동을 이용하여 무엇을 측정할 수 있는가? 열전달연구실은 내부냉각뿐만 아니라 외부냉각인 막냉각에 대한 냉각성능평가를 위한 풍동을 보유 중이다. 연구실이 보유하고 있는 폐루프 풍동(Closed type wind tunnel)에서는 IR 기법을 이용하여 막냉각 및 충돌/유출 냉각의 열전달과 단열 막냉각 효율(Adiabatic film cooling effectiveness) 및 총 막냉각 효율(Totalfilm cooling effectiveness)의 측정이 가능하다. 측정부는 300mm x 200mm x 1,000mm (W x H x L)크기를 갖는다.
열전달연구실에서는 열전달 측정을 위하여 어떤 측정기법을 사용하는가? 가스터빈 고온부품의 냉각시스템 설계는 정확한 열전달 측정과 분석을 기반으로 이루어져야 한다. 따라서 열전달연구실은 정확하고 정밀한 열전달 측정을 위해 고온부품의 외부 열전달을 측정하기 위한 터빈 환형 및 선형 익렬 장치,내부 열전달을 측정하기 위한 수평 및 수직 내부유로 회전장치 등의 각종 실험장치와 나프탈렌 승화법,IR(Infrared) 기법, TLC(Thermochromic liquid crystals) 기법, PSP(Pressure sensitive paint) 기법 등의 다양한 실험기법을 활용하고 있으며 각각의 목적에 적합한 측정기법을 선정하여 열전달 실험 연구를 수행하였다. 또한 초임계 이산화탄소 열전달 실험 장치, 미스트 냉각 실험장치 등 상변화 실험설비를 구축하고 연구를 수행함으로써 차세대 냉각기술을 개발하기 위한 연구기반을 쌓고 있다.
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