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제안 방법
- 본 과제에서는 시스템상의 설계 요구조건을 만족하는 임펠러를 설계하기 위하여 3차원 유동해석을 수행하였으며, 작동유체는 Air를 이용하였다. Fluent 및 FineTurbo 를 이용하여 임펠러의 형상 변수를 변화시켜 파라메트릭 유동해석을 하였고, 이를 통해서 형상변수가 성능에 미치는 영향성을 분석한 후, 원하는 설계점을 만족하는 임펠러 형상을 확정하였다. 또한 확정된 임펠러에 대해서는 설겨】, 제작 및 시험을 통하여 유동해석 결과값을 검증할 계획이다.
- 따라서 연료전지에 사용되는 수소재순환 블로워는 매우 낮은 비속도 영역에서 높은 효율을 가지는 재생형 타 입을 적용하였다"”3). 본 과제에서는 시스템상의 설계 요구조건을 만족하는 임펠러를 설계하기 위하여 3차원 유동해석을 수행하였으며, 작동유체는 Air를 이용하였다. Fluent 및 FineTurbo 를 이용하여 임펠러의 형상 변수를 변화시켜 파라메트릭 유동해석을 하였고, 이를 통해서 형상변수가 성능에 미치는 영향성을 분석한 후, 원하는 설계점을 만족하는 임펠러 형상을 확정하였다.
- 경계조건은 아래 Tablel 과 같이 하였으며, 출구 유 량을 조절하여 변화된 압력 상승값을 계산하였다. 수 소블로워의 작동유체는 스텍을 통과하면서 남겨진 수 소와 습공기로 이루어져 있지만 본 연구에서는 상사법 칙을 이용한 공기를 작동유체로 적용하여 해석을 수행하였다.
- 임펠러 형상 설계를 위해서 Fig.4와 같이 다양한 형상 변수를 변화시켜 총 33가지 모델에 대하여 파라 메트릭 해석을 수행하였으며, 로터부 또는 케이싱 부 의 단면적이 성능에 미치는 영향이 크기 때문에 유연 한 정의가 가능하도록 하였다.
- 파라메트릭 해석을 통하여 임펠러 형상 변수가 성 능에 미치는 영향을 분석한 후에 아래 Table 2와 같이 3가지 종류의 임펠러 모델을 확정하여 유동해석을 수 행하였으며, Fig. 10 ~ Fig. 11에 이 모델들에 대한 성능곡선을 나타내었다. 그리고 해석값들은 검증모델 의 시험값과 비교를 하였다.
대상 데이터
- 2와 같이 입출구 포트 연결 부위는 비정렬 Tetra 격자를 사용하였으며, 그 외의 모든 격자는 Multi Block 정렬격자로 구성하였다. 격자수는 총 65 만계 정도의 셀로 생성하였으며, 스트 리퍼와 임펠러 사이 간격에서는 5~7개의 격자층 (Layer) 을 만들었다.
- 계산에 사용된 격자는 Fig. 2와 같이 입출구 포트 연결 부위는 비정렬 Tetra 격자를 사용하였으며, 그 외의 모든 격자는 Multi Block 정렬격자로 구성하였다. 격자수는 총 65 만계 정도의 셀로 생성하였으며, 스트 리퍼와 임펠러 사이 간격에서는 5~7개의 격자층 (Layer) 을 만들었다.
데이터처리
- 11에 이 모델들에 대한 성능곡선을 나타내었다. 그리고 해석값들은 검증모델 의 시험값과 비교를 하였다. 3가지 모델 모두 스트리 퍼 간격이 감소할수록 전압상승 곡선이 전반적으로 증 가함을 알 수가 있으며, 효율은 간격이 감소함에 따라 고유량에서는 증가하지만 저유량으로 갈수록 반대되는 경향을 보인다.
이론/모형
- 3차원 유동해석은 범용 열유체 해석 코드인 Fluent 및 FineTurbo를 이용하여 수행하였으며, 압축성 N-S 방정식이 적용되었고, 난류모델은 일반적인 벽함수를 이용하는 k-e 모델을 사용하였다. 일반적으로 터보유 체기계에서는 계산시간 단축을 위하여 하나의 임펠러 즉 단일 채널에 대하여 주기조건을 적용하여 해석을 수행하지만 재생 블로워의 구조상 주기조건이 입출구 조건과 일치하므로 위와 같은 방식을 적용하기가 불 가능하기에 임펠러 채널 전체에 대하여 격자를 구성하여 해석을 수행하였다.
- 일반적으로 터보유 체기계에서는 계산시간 단축을 위하여 하나의 임펠러 즉 단일 채널에 대하여 주기조건을 적용하여 해석을 수행하지만 재생 블로워의 구조상 주기조건이 입출구 조건과 일치하므로 위와 같은 방식을 적용하기가 불 가능하기에 임펠러 채널 전체에 대하여 격자를 구성하여 해석을 수행하였다. 또한 회전좌표계와 정지좌표계 경계면 사이 처리는 재생 블로워 특성상 임펠러는 회 전방향에 대하여 압력이 계속 증가하므로 회전좌표계 격자면에서의 계산값을 평균해서 절대좌표계에 입력하는 Mixing Plane 방식을 적용하지 않고, 회전좌표계 격자면에서의 계산값을 그대로 정지좌표계 입력값으로 사용하는 방식인 Frozen -Rotor 방식을 적용하였다. 경계조건은 아래 Tablel 과 같이 하였으며, 출구 유 량을 조절하여 변화된 압력 상승값을 계산하였다.
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