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문제 정의
- 본 연구에서는 Curtis 터빈의 로터 날개 단면에 대하여 B-spline 곡선을 사용하여 그 형상을 정의하는 방법을 개발하고 기하학적 특성이 성능에 미치는 영향을 파악하기 위하여 설계변수를 변화시켜 단면 형상에 따른 성능을 비교하였다. 해석 대상 로터 단면의 경우 출구 각이 감소하면 다른 설계변수에 관계없이 형상손실계수가 증가하는 경향을 보이고 있으나 출구각이 증가하는 경우 설계 변수의 조합에 따라 성능 개선의 여지가 있다.
- 본 연구에서는 주어진 단면형상이 좋은 성능을 갖는다고 가정하고 제한된 범위에서 설계변수의 값을 변화 시켜 보았다. 위에서 선정된 3개의 설계 변수에 대하여 설계 범위를 다음과 같이 결정하였다.
- 한편, Curtis 터빈에서 노즐 뒤에 위치한 첫 번째 로터가 터빈 성능에 미치는 영향이 상당히 큰 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 터빈의 성능개선을 위한 중요 요소기술인 최적설계 기술을 개발하기 위한 전 단계로서 초음속 충동형 Curtis 터빈의 첫 번째 로터에 대하여 B-spline 곡선을 사용하여 단면 형상을 표현하는 방법을 개발하였으며 설계 변수에 따른 날개 단면의 성능변화에 대하여 조사하였다.
가설 설정
- 본 수치해석에서 지배 방정식의 대류항의 처리는 2차의 정도를 갖고 있는 modified linear profile skew-upwind 방법을 {Aysical advection correction과 같이 적용하였으며 지배방정식을 풀기 위하여 추가로 도입되어야 하는 난류 모형으로는 Wilcox의 k-a)모형을 적용하였다. 작동유체로서는 1기압 400 K의 증기를 사용하였으며 이 작동유체는 이상기체 상태 방정식을 만족한다고 가정하였다. 한편, 유동해석에 필요한 수치격자는 자체 개발된 타원형 2차원 터빈 격자 생성 프로그램을 사용하여 만들었다.
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