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제안 방법
- - 본 연구에서는 균일한 입구 유동 조건과 LP 터빈 출구 유동 조건을 기술한 경우에 따른 Exhaust hood의 유동장 및 성능변화를 알아보았고, 마지막 터빈 단을 디스크 모델로 모사하여 LP 터빈과 간섭된 Exhaust hood의 내부 유동장을 수치해석적 기법을 이용하여 살펴보았다.
- Exhaust hood 입구면에 균일한 유동조건과 터빈 출구의 유동분포를 적용한 계산을 통해 입구 경계 조건에 따른 hood의 유동장 변화및 성능을 살펴 보았다. 입구 조건에 따라 hood의 성능에 변화를 보이고 있으며, hood 내부에서 압력 회복을 일으키는 디퓨저 내부 유동에도 변화를 보이고 있다.
- Exhaust hood 입구에 위치하는 마지막 터빈 단의 정익과 동익을 actuator disk로 모사하여 LP 터빈과 exhaust hood 사이의 간섭 유동장을 계산하였다. exhaust hood의 격자 형상은 Fig.
- Fig. 1에 도시한 격자를 이용하여 입구 경계면에 균일한 조건이 주어진 경우와 LP 터빈 출구 유동장을 기술한 경우에 exhaust hood 내부 유동장 변화를 살펴 보았다. 균일한 조건의 경우 입구 경계면에 총압 6770 Pa, 총온도 314 K, 경계면에 수직한 속도 성분으로 기술 하였2, LP 터빈 출구 유동을 exhaust hood 입구 경계면에 기술한 경우는 Fig.
- 디스크 모델을 비정렬 격자 기반 코드에 적용하여 LP 터빈과 exhaust hood 사이의 간섭 유동을 해석하였다. 디스크를 통과하는 유동 변수들이 불연속적으로 변화하는 것을 확인하였고, 디퓨저 후방의 비균일 압력분포가 디스크 전방으로 전파되는 것을 볼 수 있었다.
- 5에서 첫 번째 점은 입구, 두 번째 점은 디퓨저 출구이고, 세 번째 점은 hood 출구를 의미한다. 본 연구에 사용된 exhaust hood 의 디퓨저 형상은 hood 위쪽과 아래쪽이 대칭이 아니기 때문에 hood 위쪽의 디퓨저 끝단에서 허브에 내린 수선을 축방향으로 회전시킨 면을 디퓨저 출구로 정의하였다. Fig.
- 입구 경계면에는 균일한 총압과 총온도, 그리고 속도 성분은 입구면에 수직이 되도록 설정하였다. 출구 경계면에는 균일한 정압을 설정하였다.
대상 데이터
- 1은 본 연구의 대상인 Exhaust hood의 격자를 나타낸 것이다. 비정렬 사면체 격자를 이용하였으며 전체 격자수는 46만 개이다. 비정렬 격자는 복잡한 형상의 구현이 용이하고, 계산 결과에 따른 격자의 변환을 쉽게 할 수 있는 이점이 있다.
이론/모형
- 1과 동일하고 hood 입구면에 터빈 동익을 모사한 disk 면이 존재하고 그 앞에 정익을 모사한 disk면, 그리고 정익 앞단의 터빈단 출구면을 입구면으로 설정하였다. Disk model에서 기술되는 유동각과 익렬을 통한 전압손실은 마지막 터빈 단의 정익과 동익의 단일유로 3차원 유동해석 code인 Msteam의 계산 결과를 두산중공업으로부터 지원받아서 적용하였다.
- 레이놀즈 평균된 Navier-stokes 방정식은 비정렬 격자 기반의 유한체적법을 통해 계산되었다. 압력보정 방정식 기반으로 Runge-kutta 시간 전진법을 이용하여 정상상태 수치해석을 수행한다.
- 비정렬 격자는 복잡한 형상의 구현이 용이하고, 계산 결과에 따른 격자의 변환을 쉽게 할 수 있는 이점이 있다. 본 연구에 사용된 격자는 상용코드인 Gambit 2.0을 사용하여 구현하였다.
- 압력보정 방정식 기반으로 Runge-kutta 시간 전진법을 이용하여 정상상태 수치해석을 수행한다. 속도-압력 분리와 충격파 감지를 조절하기 위하여 인공점성항을 추가하였고, 난류 모델은 벽함수를 적용한 fc-e 모델을 사용하였다.
- 통해 계산되었다. 압력보정 방정식 기반으로 Runge-kutta 시간 전진법을 이용하여 정상상태 수치해석을 수행한다. 속도-압력 분리와 충격파 감지를 조절하기 위하여 인공점성항을 추가하였고, 난류 모델은 벽함수를 적용한 fc-e 모델을 사용하였다.
- 익렬에서의 상대출구유동각과 전압손실을 익렬에 대한 실험이나 수치해석 결과를 이용하게 되는 본 연구에서는 두산중공업에서 제공한 Msteam code를 이용한 터빈 익렬 계산 결과를 이용하였다.
- 줄구 경계면에는 정압을 기술하였다. 점성 벽면에는 점착 조건을 기술하는 대신 벽함수를 이용하여 경계면에서의 점성 응력을 계산하였다 LP 터빈 출구 조건을 입구에 기술한 경우에는 두산중공업에서 제공한 Msteam code의 마지막 터빈 단의 익렬 계산 결과를 이용하였다.
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