초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
본 연구과제는 에너지 및 동력 시스템의 효율에 절대적인 영향을 미치는 열유체 시스템의 최적화를 위해 차세대 열유체 시스템 위상최적화 수치 해석 기술을 개발하고, 이 기술을 응용하여 차세대 냉공조 터보기계 및 항공용 가스터빈 시스템에 대한 신 형상 제안을 목표로 한다.

○ 전체 내용
i) 유한 체적법 기반의 열유체 시스템용 위상최적화 방법을 개발하고, ii) 이 해석 기술을 냉공조용 원심 및 축류형 터보기계에 적용하여 신 형상을 제안하며, iii) 차세대 고온고압

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
본 연구과제는 에너지 및 동력 시스템의 효율에 절대적인 영향을 미치는 열유체 시스템의 최적화를 위해 차세대 열유체 시스템 위상최적화 수치 해석 기술을 개발하고, 이 기술을 응용하여 차세대 냉공조 터보기계 및 항공용 가스터빈 시스템에 대한 신 형상 제안을 목표로 한다.

○ 전체 내용
i) 유한 체적법 기반의 열유체 시스템용 위상최적화 방법을 개발하고, ii) 이 해석 기술을 냉공조용 원심 및 축류형 터보기계에 적용하여 신 형상을 제안하며, iii) 차세대 고온고압 항공용 가스터빈 시스템에 적용하여 효율 및 성능이 개선되었다.

□ 연구개발성과
1. 유한체적 기반 열유체 위상최적화 기법 개발
- 유한체적법 기반 열유체 위상최적화 수치 모델 개발 및 프로그래밍
- 난류, 다중 목적함수 및 구속 조건, Post-processing 기법 개발 및 프로그래밍
- 열전도, 유동 및 열유체 시스템에 대한 위상 최적화 결과 검증
2. 차세대 냉공조 터보기계 위상최적화 적용 연구
- 터보기계의 팬 최적 설계를 위한 목적함수 및 구속조건 정립
- 다중 목적함수(유동 및 열전달)를 고려한 단일 휜의 최적 설계 형상 제안
- 무한 깃 이론을 근거한 기초 설계 프로그램을 이용하여 터보 팬의 최적 형상 제안
3. 차세대 항공용 가스터빈 최적화 적용 연구
- Mesh morphing을 통해 다양한 익형을 제안하고 RSM을 기반한 최적 형상 제안
- 서멀 매니지먼트 시스템(히트 싱크)에 대한 위상 최적화된 형상 결과 비교 및 검증
- 기존 및 위상 최적화된 형상을 제작하고, 유동 및 열전달 실험 검증 및 결과 비교

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
열유동 위상 최적화 기법을 통해 기존 형상의 성능 한계를 극복하고 획기적인 신형상 설계를 제안하여 열유체 시스템의 효율 향상에 핵심적인 기여를 할 것이다.
- 냉공조용 터보기계는 고 에너지 효율 및 고 컴팩트화가 필수적이며, 제품 특성상 저소음화도 매우 중요한 설계 요소이다. 터보기계의 최적 설계는 전통적으로 무한깃 이론 및 전산유체역학/실험을 통한 상세설계가 잘 구축되어 있으나, 고 효율화의 요구를 달성하기 위해 새로운 방법이 필요하다. 본 연구에서 개발한 위상 최적화 기법은 목적에 부합하는 신개념 최적 형상을 제안할 수 있을 것이다.
- 항공용 가스터빈의 경우 작동 온도 및 작동압력이 지속적으로 증가하고 있기에 터빈 블레이드 및 열교환기 등 서멀 매니지먼트 시스템에 대한 설계가 중요해지고 있다. 터빈 및 관련 서멀 매니지먼트 시스템의 최적화 역시 신개념 형상의 제안이 필요한 영역이기에 본 연구에서 개발된 열유체시스템에 대한 위상 최적화를 적용하여 효율을 크게 향상 시킬 수 있을 것이다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1 연구 개발의 필요성 ... 4
• 1.2 최종 목표 및 연구 범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 2.1 유한체적 기반 열유체 위상최적화 수치 기법 개발 (1차년도) ... 6
• 2.2 신개념 차세대 냉공조 터보기계 위상최적화 형상 (2차년도) ... 9
• 2.3 신개념 차세대 항공용 가스터빈 위상최적화 형상 (3차년도) ... 13
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 16
• 1) 연구수행 결과 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 18
• (1) 학문적/기술적 중요성 ... 18
• (2) 사회적/산업적 중요성 ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• (1) 새로운 적용분야 도전 : 난류 및 압축성, 외부유동, 유체기계 및 가스터빈 ... 18
• (2) 향후 확장 가능성 : 다상유동, 연소, 화학반응, 기계 학습 ... 18
• 6. 참고문헌 ... 19
• 끝페이지 ... 20