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가스터빈의 주요 구성 부품과 흡배기에 대한 CFD와 최적화

전문가 제언: ○ 가스터빈은 고온 연소가스를 작동유체로 하기 때문에 연소기, 정?동익(stator and rotor) 등과 같은 구성 부품은 높은 열응력과 원심력이 작용하는 가혹한 환경에 노출되어, 운전시간의 경과와 더불어 열화와 손상을 일으킨다. 이 때문에, 최근 CFD(Computational Fluid Dynamics) 기법을 고온 유체기계인 가스터빈의 설계?개발?운용에 적용 하려는 연구가 활발히 이뤄지고 있다.

- 가스터빈의 운용에는 비용이 많이 소요되지만 예기치 못한 운전 정지에 따르는 파생 비용은 더욱 크므로, 구성 부품은 대부분 고가이지만 정기적인 보수와 교환은 필수적으로 이뤄져야 한다. 따라서 경제성과 신뢰성을 양립시킬 필요성 때문에, CFD를 이용하여 가스터빈의 운용에 따른 각종 현상을 사전에 미리 고정밀도로 파악하여 설계를 구체화하려는 요구가 증대되고 있다.

○ CFD는 유체의 운동에 관한 방정식인 오일러 방정식(Euler's equation), 나비에-스토크스 방정식(Navier-Stokes' equation) 또는 그 파생 식 등과 같은 유체의 운동 방정식을 컴퓨터로 풀이하여 흐름을 관찰하는 수치해석 및 시뮬레이션 기법으로부터 비롯되었다. 우리나라 용어로는 전산유체역학, 수치유체역학, 계산유체역학 등으로 번역되고 있다.

- 현재 CFD 기법은 컴퓨터의 성능 향상과 더불어 비약적으로 발전하여 항공기, 자동차, 철도 차량, 선박 등과 같이 유체 내부를 이동하는 기계나 건축물의 설계에서 풍동실험(wind tunnel test)과 더불어 중요한 기술이 되어 있다.

○ CFD는 우리나라에서도 한국전산유체공학회(http://www.kscfe.or.kr)를 중심으로 산학연에서 활발하게 연구되고 있다. 그러나 가스터빈과 연관된 CFD의 연구 실적은 아직 드문 편이다. 요즈음의 우리나라 전력 공급망과 비상 전원의 확보 측면을 고려할 경우, 가스터빈의 활용 증대의 필요성이 증대되고 있으며, 이에의 CFD 기법 접목이 더욱 요구될 것으로 보인다.

저자: ITO E.
자료유형: 학술정보