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제안 방법
- 본 연구에서는 개방채널형 펌프의 날개를 구조적으로 안전하게 설계하기 위해 외팔보 날개를 하나로 연결하는 ‘S’ 형상의 연속형 임펠러를 개발하여, 기존 임펠러와의 성능을 수치적으로 비교분석 하였다.
- Meakhail과 Park6)은 재생형 펌프의 서로 다른 날개형상에 대하여 분석하였다. 이를 통하여 날개 비틀림 효과에 따른 선회유동 증가 양상을 확인하였다. Karanth 등7)은 재생형 펌프의 다양한 날개형상에 대하여 수치해석을 통한 비교분석을 수행하였다.
- Karanth 등7)은 재생형 펌프의 다양한 날개형상에 대하여 수치해석을 통한 비교분석을 수행하였다. 즉, 날개 수가 증가할수록 압력이 증가하는 양상 및 이와 관련된 해석적인 결과를 분석하였다.
- 재생형 펌프의 케이싱 및 내부 채널의 형상을 동일하게 고정한 상태에서 임펠러의 형상 변화에 따른 성능특성을 수치해석적 방법을 이용하여 비교, 분석하였다. 개방채널형 임펠러를 갖는 재생형 펌프의 임펠러는 고압의 내부압력에 의한 변형을 방지하고 구조적인 안정성을 확보하기 위하여 모든 임펠러 날개가 하나의 일체형으로 연결되는 방식의 형상설계를 적용하였다10).
- 재생형 펌프의 케이싱 및 내부 채널의 형상을 동일하게 고정한 상태에서 임펠러의 형상 변화에 따른 성능특성을 수치해석적 방법을 이용하여 비교, 분석하였다. 개방채널형 임펠러를 갖는 재생형 펌프의 임펠러는 고압의 내부압력에 의한 변형을 방지하고 구조적인 안정성을 확보하기 위하여 모든 임펠러 날개가 하나의 일체형으로 연결되는 방식의 형상설계를 적용하였다10).
- 각각의 임펠러 날개의 곡선 부분은 임펠러 폭의 1/2을 곡률반경으로 하여 설계하였다. 기존 임펠러 날개에 비하여 두께는 줄이고, 날개 수는 10개 증가시킴으로써, 임펠러의 회전에 의한 각 날개 사이에서의 압력 증가 및 유로 확장을 유도하였다.
- 재생형 펌프의 성능특성을 평가하기 위한 실험장치를 설계, 제작하였다. Fig.
- 펌프 임펠러와 케이싱 그리고 좁은 팁 간격을 갖는 재생형 펌프의 복잡한 형상을 고려하여 Fig. 5와 같이 임펠러부와 케이싱부로 분리하여 각각에 계산 격자를 생성하였다. 임펠러 및 케이싱 내부는 사면체를 이용한 비정렬격자로 구성하였으며, 입구 및 출구 덕트는 육면체 격자로 형성하였다.
- 임펠러 및 케이싱 내부는 사면체를 이용한 비정렬격자로 구성하였으며, 입구 및 출구 덕트는 육면체 격자로 형성하였다. 비대칭형 펌프 형상을 고려하여 임펠러를 포함하는 내부 유동장 전 영역에 걸쳐 격자를 형성하였다. 재생형 펌프의 케이싱과 임펠러 사이의 간극은 0.
- 비대칭형 펌프 형상을 고려하여 임펠러를 포함하는 내부 유동장 전 영역에 걸쳐 격자를 형성하였다. 재생형 펌프의 케이싱과 임펠러 사이의 간극은 0.1 mm로 하여,실제 펌프의 형상을 모사하였다. 최종 계산격자 수는 격자의존성평가를 통하여 결정하였다9).
- 1 mm로 하여,실제 펌프의 형상을 모사하였다. 최종 계산격자 수는 격자의존성평가를 통하여 결정하였다9).
- 펌프 출구에서 발생하는 강한 wake flow를 고려하여 입구 및 출구에 각각 덕트 직경의 5배 및 10배의 직관길이를 확보하여 계산영역을 설정하였다.
- 수치해석 경계조건으로 입구 단면에 0 Pa의 압력을, 출구 단면에 질량유량을 각각 적용하였다. 벽면은 점착 조건(no-slip condition) 및 단열 조건(adiabatic condition)을 사용하였으며, 해석격자 및 경계조건은 Table 3에 나타낸다.
- 2) 설계점의 유량조건(유량계수: 0.13) 하에서의 기존 및 ‘S’ 형상의 연속형 임펠러에 대한 유동 수치 해석을 수행하였다.
- 본 연구에서는 개방채널형 펌프의 날개를 구조적으로 안전하게 설계하기 위해 외팔보 날개를 하나로 연결하는 ‘S’ 형상의 연속형 임펠러를 고안하여 성능 시험을 수행하고, 기존 임펠러와의 성능 및 유동특성을 수치적으로 비교 분석하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 재생형 펌프를 대상으로 하여, 펌프 전체의 외형을 Fig. 1과 같이 구성하였다. Table 1은 재생형 펌프의 설계점에서의 유량 및 압력 그리고 임펠러 회전수를 나타낸다.
데이터처리
- 기존 및 ‘S’ 형상의 연속형 임펠러를 적용한 펌프 내부 유동장 및 성능특성을 평가하기 위하여 상용해석 소프트웨어인 CFX 16.0 (ANSYS사)12)을 사용하였다.
이론/모형
- 비압축성 삼차원 정상유동에 대한 연속방정식 및Reynolds-averaged Navier-Stokes 방정식 등의 지배 방정식은 유한체적법으로 이산화되며, 대류항과 확산항의 이산화 방법으로는 각각 수정된 상류차분도식과 중심차분법을 적용하였다. 난류모델로는 SST 모델(shear stress transport)13)을 적용하였다.
- 비압축성 삼차원 정상유동에 대한 연속방정식 및Reynolds-averaged Navier-Stokes 방정식 등의 지배 방정식은 유한체적법으로 이산화되며, 대류항과 확산항의 이산화 방법으로는 각각 수정된 상류차분도식과 중심차분법을 적용하였다. 난류모델로는 SST 모델(shear stress transport)13)을 적용하였다.
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