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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 곽재수
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
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가스터빈의 효율과 출력을 높이기 위하여 터빈 입구 온도(TIT)가 점진적으로 상승하였고, 이로 인하여 가스터빈 고온 부품에 가해지는 열부하가 증가하였다. 높은 열부하는 가스터빈 고온 부품의 수명 단축과 파괴를 발생시키므로 이를 방지하기 위하여 다양한 냉각 기법들이 적용되었다. 막냉각 기법은 대표적인 외부 냉각 기법으로 터빈 고온 부품의 표면에 고온의 연소 가스보다 낮은 온도의 냉각 유체를 분사하여 분사 표면뿐만 아니라 하류 영역에 걸친 넓은 영역을 보호한다. 터빈 고온 부품의 표면에 분사된 냉각 유체가 고온의 연소 가스와의 직접적인 열전달을 차단하여 부품의 수명을 연장한다. 막냉각 기법에 대한 다양한 연구가 진행되었으며, 특히 막냉각 홀 형상에 대한 연구가 중점적으로 이루어졌다. 막냉각 효율을 측정함으로써 막냉각 홀에 따른 냉각 성능을 정량적으로 분석하였고, 막냉각 효율은 홀의 형상과 위치, 냉각 유체와 주유동 조건 등에 영향을 받으므로 다양한 조건에서의 막냉각 성능 평가가 진행되었다.본 연구에서는 가스터빈 베인에 적용한 막냉각 홀의 막냉각 성능을 정량적으로 비교하기 위하여 대표적인 물질 전달 기법인 압력감응페인트(Pressure Sensitive Paint, PSP)기법을 사용하여 베인에서의 막냉각 효율을 측정하였다. 형상이 공개된 GE-E3 엔진 1단 베인의 미드 스팬 프로파일을 베인의 형상으로 선정하였고, 문헌에 공개된 막냉각 홀의 위치에 팬 형상 홀을 적용하여 막냉각 성능을 비교하였다. 첫 번째 연구에서는 베인의 샤워헤드(Shower-head)에 설치한 냉각 홀의 분사각에 따른 막냉각 성능을 비교하기 위한 연구를 진행하였다. 베인의 압력면과 흡입면에는 사전 연구를 통해 도출한 실험 최적화 팬 형상 홀을 적용하였다. 샤워헤드에 설치한 냉각 홀의 분사각을 0°, 30°, 60°으로 각각 설정하였고, 샤워헤드의 분사각에 따른 막냉각이 압력면과 흡입면에 설치된 냉각 홀의 냉각 성능에 미치는 영향에 대하여 실험적으로 확인하였다. 실험 결과, 샤워헤드에 설치된 냉각 홀의 분사각이 클수록 더 넓은 영역에 냉각 효과가 발생하는 것을 확인하였다.두 번째 연구에서는 막냉각 홀 형상에 따른 가스터빈 베인의 막냉각 성능에 대해 연구하였다. 사전 연구를 통해 도출해낸 실험 최적화 팬 형상 홀과 전산해석 최적화 팬 형상 홀, 그리고 레퍼런스 팬 형상 홀을 베인에 적용하였다. 실험 결과, 레퍼런스 팬 형상 홀의 막냉각 효율이 가장 낮게 나타났으며, 압력면에서는 출구 면적이 상대적으로 넓은 전산해석 최적화 팬 형상 홀의 막냉각 효율이 가장 높게 측정되었고, 흡입면에서는 밀도비가 높을 때, 실험 최적화 홀의 막냉각 효율이 높게 측정되었다.
목차
제 1 장 서론 11.1 연구 배경 및 목적 11.2 연구 동향 및 연구의 필요성 41.3 사전 연구 6제 2 장 압력감응페인트 기법 82.1 압력감응페인트를 이용한 막냉각 효율 측정 이론 82.2 실험 불확도 분석 13제 3장 실험 과정 143.1 실험 장치 143.2 제작성 검토 253.3 주기성 검증 273.4 난류 강도 측정 293.5 이미지 후처리 30제 4 장 결과 및 분석 324.1 샤워헤드 분사각에 따른 가스터빈 베인의 막냉각 성능 비교 324.2 막냉각 홀 형상에 따른 가스터빈 베인의 막냉각 성능 비교 57제 5 장 결론 715.1 샤워헤드 분사각에 따른 가스터빈 베인의 막냉각 성능 비교 715.2 막냉각 홀 형상에 따른 가스터빈 베인의 막냉각 성능 비교 73참고문헌 74
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