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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2022
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수9
이 논문의 연구 히스토리 (5)
2021
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현대의 가스터빈은 높은 효율을 얻기 위해 연소 가스의 온도를 상승시키고 있으며, 이에 따라 터빈의 부품들은 재료의 허용치를 상회하는 온도에 의해 높은 열응력과 열부하 조건에 놓인다. 따라서 블레이드에는 냉각이 적용되어야 하며, 블레이드의 표면에 홀이나 슬롯을 가공하여 낮은 온도의 유체를 블레이드 내부에서 외부로 분사하여 표면을 보호하는 막냉각 기법에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 막냉각 기법 이용 시 막냉각 효율을 측정하여 표면의 냉각 성능을 정량적으로 분석할 수 있으며, 막냉각 효율은 유체가 분사되는 홀 및 슬롯의 형상, 주유동과 냉각 유체의 유동 조건 등에 따라 크게 변화하므로 다양한 조건에서의 막냉각 성능 평가가 필요하다.
본 연구에서 막냉각 성능을 정량적으로 평가하기 위해 최근 막냉각 효율 측정 연구에 널리 사용되는 압력감응페인트(Pressure Sensitive Paint, PSP)기법을 사용하였으며, Box-Behnken 기법을 이용해 실험 케이스를 효율적으로 선정하였다. 또한 유동 해석 소프트웨어(Ansys CFX)를 사용하여 실험 조건과 동일한 유동 조건을 모사하여, 각 홀 출구 형상에 따른 유동 특성을 파악한 후 냉각 메커니즘을 분석하였다.
첫 번째 연구에서는 블레이드 표면에 열차폐코팅을 적용했을 때 가공 방법에 따라 발생할 수 있는 막냉각 홀 출구 주변의 단차가 막냉각 효율 변화에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 팬형상 홀의 주변에 단차(트렌치)를 적용하였으며, 단차의 형상 변수를 단차의 높이(H/d), 홀 출구로부터 단차 사이의 거리(D/d), 출구 방향 단차의 곡률반경(R/d)으로 선정하여 각 형상 변수가 막냉각 효율에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 단차의 내부와 외부, 전체 효율을 각각 나누어 분석하였으며, 실험 결과 고려한 범위 내에서 대체적으로 단차가 높고, 홀 출구로부터 단차까지의 거리가 짧을수록, 단차의 곡률이 작을수록 높은 막냉각 효율을 보였다.
두 번째 연구에서는 막냉각 홀 출구의 앞전 형상에 변화를 주었을 때 막냉각 홀 형상에 따라 변화하는 막냉각 효율에 대해 실험 연구를 진행하였다. 팬형상 홀의 앞전에 원형 노치를 적용하였을 때 노치의 직경, 위치에 따른 막냉각 효율의 변화에 대해 알아보았다. 분사된 냉각유체가 비교적 원활히 확산되어 표면에 부착되는 특징을 갖는 홀(3.54-12.64-2)과 출구 면적이 좁아 냉각유체의 모멘텀이 높은 특징을 갖는 홀(7-7-2)에 위의 형상을 적용하였다. 실험 결과, 7-7-2 홀의 경우 원형 노치의 적용이 막냉각 효율 증진을 야기하였다. 그러나 3.54-12.64-2 홀의 경우 원형 노치를 적용하면 막냉각 효율이 감소하는 경향을 보였다.
본 연구에서 막냉각 성능을 정량적으로 평가하기 위해 최근 막냉각 효율 측정 연구에 널리 사용되는 압력감응페인트(Pressure Sensitive Paint, PSP)기법을 사용하였으며, Box-Behnken 기법을 이용해 실험 케이스를 효율적으로 선정하였다. 또한 유동 해석 소프트웨어(Ansys CFX)를 사용하여 실험 조건과 동일한 유동 조건을 모사하여, 각 홀 출구 형상에 따른 유동 특성을 파악한 후 냉각 메커니즘을 분석하였다.
첫 번째 연구에서는 블레이드 표면에 열차폐코팅을 적용했을 때 가공 방법에 따라 발생할 수 있는 막냉각 홀 출구 주변의 단차가 막냉각 효율 변화에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 팬형상 홀의 주변에 단차(트렌치)를 적용하였으며, 단차의 형상 변수를 단차의 높이(H/d), 홀 출구로부터 단차 사이의 거리(D/d), 출구 방향 단차의 곡률반경(R/d)으로 선정하여 각 형상 변수가 막냉각 효율에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 단차의 내부와 외부, 전체 효율을 각각 나누어 분석하였으며, 실험 결과 고려한 범위 내에서 대체적으로 단차가 높고, 홀 출구로부터 단차까지의 거리가 짧을수록, 단차의 곡률이 작을수록 높은 막냉각 효율을 보였다.
두 번째 연구에서는 막냉각 홀 출구의 앞전 형상에 변화를 주었을 때 막냉각 홀 형상에 따라 변화하는 막냉각 효율에 대해 실험 연구를 진행하였다. 팬형상 홀의 앞전에 원형 노치를 적용하였을 때 노치의 직경, 위치에 따른 막냉각 효율의 변화에 대해 알아보았다. 분사된 냉각유체가 비교적 원활히 확산되어 표면에 부착되는 특징을 갖는 홀(3.54-12.64-2)과 출구 면적이 좁아 냉각유체의 모멘텀이 높은 특징을 갖는 홀(7-7-2)에 위의 형상을 적용하였다. 실험 결과, 7-7-2 홀의 경우 원형 노치의 적용이 막냉각 효율 증진을 야기하였다. 그러나 3.54-12.64-2 홀의 경우 원형 노치를 적용하면 막냉각 효율이 감소하는 경향을 보였다.
목차
제 1 장 서론 11.1 연구 배경 및 목적 11.2 연구동향 및 연구의 필요성 2제 2 장 실험 및 전산해석 방법 42.1 압력감응페인트를 이용한 막냉각 효율 측정 이론· 42.2 막냉각 실험장치 및 막냉각 홀 형상 62.3 전산해석 방법 12제 3 장 결과 및 분석 133.1 홀 주변 단차의 형상 변화가 막냉각 효율에 미치는 영향 결과 133.2 홀 앞전의 노치 형상이 막냉각 효율에 미치는 영향 결과 37제 4 장 결론 544.1 홀 주변 단차의 형상 변화가 막냉각 효율에 미치는 영향 544.2 홀 앞전의 노치 형상이 막냉각 효율에 미치는 영향 55참고문헌 56
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