가스터빈의 냉각문제에 대한 CFD해석(Computer Fluid Dynamics Analysis in Gas Turbine Research and Development : (Technical Comments and Reports) CFD Analysis Applied to Turbine Blade Cooling Problem)

전문가 제언

□ 가스터빈에서는 터빈입구 온도를 높일수록 효율이 향상되므로, 이를 위한 터빈날개의 재료선정과 함께 냉각방식의 선정이 매우 중요하다.

□ 날개 냉각방식으론 충돌냉각과 막 냉각이 많이 쓰이는데, 특히 막 냉각 방식은 날개표면에 저온의 막을 형성해서 고온가스로부터 보호하므로 국부적으로 매우 효과가 좋아서 많이 쓰이고 있다.

□ 이러한 터빈 내의 전열과 냉각해석에 대하여 다소 늦게 CFD가 도입된 것은 공력설계의 난류 유동장 해석과 연소기구의 화학반응장 해석이 동시에 요구되기 때문이었다.

□ 이후 범용 유동해석 프로그램인 CFX, FLUENT 등을 이용하여 슬롯 막 냉각에서 슬롯 출구조건의 속도장 등을 비롯한 수치해석이 활발해지고, 이어서 STAR-CD 등의 상용 프로그램으로 가스터빈의 유동연소, 연료분사, 날개 냉각 해석 등에 활용하게 되었다.

□ 다만, 지배방정식인 Navier-Stokes에서 비롯된 κ-ε, κ-ω 등의 모델도 완벽한 것은 아니어서 난류 역과 천이 역에서 적용할 수 있는 실험방정식이 계속 도입 연구되고 있다.

□ 본문에서는 날개 냉각해석에 대한 현재 적용 추이와 해석응용 사례를 보여주고 있는데, 난류모델에 대해서는 3차원 유동으로서 완전해석이 쉽지 않은 가운데, 향후 LES에 대한 연구가 매우 활발하게 진행되고 있다.

□ 실용적 측면에서는 아직도 2방정식 위주로서 가능해서, 이를 이용하여 충돌 제트 형상변화 등에 따른 냉각효과 연구 등을 성공적으로 수행하고 있어 가스터빈 설계 국산화에 기여하고 있다.

□ 우리나라는 10대 국가 연구개발 실용과제로서 소형 항공기 개발을 선정한 상태로서, 가스터빈의 CFD를 이용한 요소기술을 상당부분 확보하고 있어 전망을 밝게 해주고 있다.

저자

FUNAZAKI Ken-ichi

자료유형

원문언어

일어

기업산업분류

일반기계

연도

2004

권(호)

32(4)

잡지명

Journal of the gas turbine society of Japan(M025)

과학기술
표준분류

일반기계

페이지

270~277

분석자

차*기

분석물

• 가스터빈의 냉각문제에 대한 CFD해석.pdf [169,106 byte]

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