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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 郭載洙
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수8
이 논문의 연구 히스토리 (7)
2019
2018
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현대의 가스터빈은 고출력 고효율 성능을 달성하기 위해 연소기로부터 터빈입구로 유입되는 가스온도인 터빈입구온도(TIT, Turbine Inlet Temperature)를 지속적으로 증가시켜왔다. 이에 따라 가스터빈 블레이드의 열부하와 열응력 또한 증가되었고, 블레이드의 요구수명을 만족시키기 위해 적절한 냉각기법을 적용시키는 것은 필수적이게 되었다. 따라서 높은 열부하 및 열응력을 받는 블레이드를 보호하기 위하여, 블레이드 내부유로에 딤플, 립, 핀 등의 다양한 구조물을 설치하는 내부냉각기법, 냉각유체를 이용해 블레이드 표면을 보호하는 막냉각 기법 등 다양한 냉각기법이 연구되어왔다. 그 중 막냉각 기법은 고온가스에 노출된 가스터빈 블레이드 표면에 홀 또는 슬롯을 설치하고 냉각유체를 분사함으로써 블레이드 표면을 보호하는 기법으로 가스터빈 블레이드 냉각의 큰 비중을 차지한다.
막냉각 효율은 막냉각 홀 형상, 주유동과 냉각유체 간의 분사비, 밀도비, 주유동의 경계층두께, 난류강도 등 유동조건에 따라 큰 영향을 받기 때문에 기초 연구를 통해 각 조건에 따른 경향성에 대해 연구가 이루어지고 있다. 한편, 터빈 블레이드 표면의 불균일한 막냉각 효율은 온도구배로 인한 열응력을 발생시켜 터빈 부품의 파손을 야기하여 터빈 블레이드에 부정적인 효과를 가져온다. 따라서 복합설치각도를 갖는 막냉각 홀에 대해서 터빈 블레이드 표면에 균일한 막냉각 효율을 갖게 하는 연구 또한 필수적이다.
본 연구에서는 다양한 난류강도와 경계층 두께 등의 주 유동 경계조건과 다양한 냉각유체 분사조건에서 35°의 분사각도를 갖는 막냉각 홀에 대해 전방 확장각도와 횡방향 확장각도를 변화시켜가며 막냉각효율 분포를 압력감응페인트(Pressure Sensitive Paint, PSP)를 이용하여 실험적으로 연구하였다. 평판에서 다양한 분사비, 밀도비 유동조건하에 전방향, 횡방향 확장각도가 각각 7°, 10°인 4가지의 팬형상 홀에 대한 막냉각효율을 측정하였고 , 난류강도, 경계층 두께가 막냉각 효율에 미치는 영향을 분석하였다. 또한, 4가지 팬형상 홀의 유동조건에 따른 막냉각 효율을 비교하고 한가지 팬형상 홀을 선정하여 주유동과의 팬형상 홀의 복합설치각도가 막냉각 효율에 미치는 영향을 연구하였다. 그 결과, 각 분사비와 밀도비마다 최적의 막냉각 효율을 보이는 팬형상 홀이 다르게 나타났고 난류강도와 경계층 두께가 커질수록 막냉각 효율이 감소하였다. 주유동과 팬형상 막냉각 홀이 복합설치각도를 가질 경우에도 막냉각 효율이 감소하는 것을 확인하였다.
막냉각 효율은 막냉각 홀 형상, 주유동과 냉각유체 간의 분사비, 밀도비, 주유동의 경계층두께, 난류강도 등 유동조건에 따라 큰 영향을 받기 때문에 기초 연구를 통해 각 조건에 따른 경향성에 대해 연구가 이루어지고 있다. 한편, 터빈 블레이드 표면의 불균일한 막냉각 효율은 온도구배로 인한 열응력을 발생시켜 터빈 부품의 파손을 야기하여 터빈 블레이드에 부정적인 효과를 가져온다. 따라서 복합설치각도를 갖는 막냉각 홀에 대해서 터빈 블레이드 표면에 균일한 막냉각 효율을 갖게 하는 연구 또한 필수적이다.
본 연구에서는 다양한 난류강도와 경계층 두께 등의 주 유동 경계조건과 다양한 냉각유체 분사조건에서 35°의 분사각도를 갖는 막냉각 홀에 대해 전방 확장각도와 횡방향 확장각도를 변화시켜가며 막냉각효율 분포를 압력감응페인트(Pressure Sensitive Paint, PSP)를 이용하여 실험적으로 연구하였다. 평판에서 다양한 분사비, 밀도비 유동조건하에 전방향, 횡방향 확장각도가 각각 7°, 10°인 4가지의 팬형상 홀에 대한 막냉각효율을 측정하였고 , 난류강도, 경계층 두께가 막냉각 효율에 미치는 영향을 분석하였다. 또한, 4가지 팬형상 홀의 유동조건에 따른 막냉각 효율을 비교하고 한가지 팬형상 홀을 선정하여 주유동과의 팬형상 홀의 복합설치각도가 막냉각 효율에 미치는 영향을 연구하였다. 그 결과, 각 분사비와 밀도비마다 최적의 막냉각 효율을 보이는 팬형상 홀이 다르게 나타났고 난류강도와 경계층 두께가 커질수록 막냉각 효율이 감소하였다. 주유동과 팬형상 막냉각 홀이 복합설치각도를 가질 경우에도 막냉각 효율이 감소하는 것을 확인하였다.
목차
제 1 장 서론 11.1 연구 배경 및 목적 11.2 연구동향 및 연구의 필요성 3제 2 장 측정이론 및 실험장치 52.1 막냉각 효율 측정 이론 52.2 막냉각 실험장치 10제 3 장 결과 및 분석 183.1 팬형상 홀의 확장각도 및 주유동 조건에 따른 막냉각 효율실험결과 183.2 팬형상 홀의 복합설치각도에 따른 막냉각 효율 실험결과 23제 4 장 결론 314.1 팬형상 홀의 확장각도 및 주유동 유동조건에 따른 막냉각 효율 314.2 팬형상 홀의 복합설치각도에 따른 막냉각 효율 32참고문헌 33
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