Projects at the Turbomachinery & Heat Transfer Lab.
1. On-going projects
- 액체로켓엔진 터보펌프용 터빈 블레이드 유동해석 및 3차원 설계 (2016.03 ~ 2017.12) 한국항공우주연구원 위탁과제
액체로켓엔진 터보펌프용으로 사용되는 소형 초음속 충동형 축류터빈의 로터 블레이드에 스윕(sweep), 린(lean), 스큐(skew)등의 개념이 포함된 반경방향 3차원 설계방법을 정립하고, 정립된 설계방법을 토대로 보다 성능이 향상된 3차원 익형 설계형상을 도출하여 3차원 유동해석을 통해 초음속 충동형 축류터빈의 탈설계점을 포함한 성능예측을 목표로 연구를 진행하고 있다.
2. Past Projects
- 롤스로이스-부산대학교 파트너쉽 친환경 서멀매니지먼트 기술개발
- Pusan National University Heat Transfer UTC activities
- 중소형 항공기용 터보팬 엔진의 고압터빈 냉각 설계기술 개발 및 시험평가 기술 구축 (2011.10 ~ 2016.09) 한국항공우주연구원
본 개발 기술은 추력 6,000 ~ 12,000 lbf급 중소형 항공기용 터보팬 엔진을 대상으로 하여, 고온 환경에서 작동되는 고압 냉각터빈 개발을 위한 원천핵심기술이다. 이를 위하여 공력/구조/냉각이 고려된 3차원 냉각터빈 설계 프로세스를 구축하여 냉각터빈 설계기술을 개발하고, 설계기술의 적용성 확대를 위한 냉각 설계 데이터베이스 기반을 구축한다. 또한 설계/해석 기법을 검증하기위한 고온시험을 수행함으로써 고압 냉각터빈 개발에 필수적인 성능시험설비 및 시험평가 기술을 확보하고자 한다.
- 조선소 근로자용 냉온 겸용 Air Controller 및 절전형 Air Vest 개발 (2014.11 ~ 2016.11 ) 중소기업청
Vortex tube는 별도의 동적인 장치를 필요로 하지 않고 비교적 간단한 구조를 가지며 압축공기의 공급만으로 에너지 분리현상을 일으켜 고온공기와 냉각공기를 만들어 내는 장치로서 여러 산업현장에 쓰이고 있다. 현재 해외에서는 전문 제작업체들이 있는 등 널리 상용화되어 있으나 국내에는 vortex tube에 대한 상용화가 비교적 미미한 실정이다. 이에 본 과제에서는 vortex tube의 성능 인자를 분석하고 이를 개선하여 상용화 될 수 있는 시제품을 개발하는데 목적을 두고 있다.
- 저온 랭킨사이클을 이용한 중소형 폐열 회수 열병합발전시스템 (2011.07 ~ 2016.06) 지경부 과제
저온 랭킨사이클은 100~300˚C 수준의 중저온 열원을 이용하여 전기 및 열생산이 가능한 시스템으로, 산업 폐열 등과 같이 활용성이 낮아 버려지는 열의 회수를 통해 전기를 생산하여 에너지 효율을 향상시킨다. 국내 산업부문에서 발생하는 중저온 폐열은 그 양이 매우 크므로 본 시스템 적용을 통해 에너지를 절감 할 수 있다. 경제 산업적 측면에서는 버려지는 폐열을 재활용하므로 에너지 효율을 제고하며 제조, 생산 공장에서 생산원가 절감 및 환경오염 배출감소를 통해 수출 경쟁력을 증대시킬 수 있다.
- 에너지인력양성사업: 원전 핵심기계부품 고급트랙 (2010.11 ~2015.10 ) 지경부 과제
발전소에 널리 사용되는 고차압 밸브는 마멸현상의 결과로 유체가 누설되는 경우가 많다. 이러한 밸브에서의 유체 누설은 햄머링의 발생으로 진동과 소음, 수명단축을 일으킨다. 이러한 문제점을 해결하는 방법중의 하나로 선진국에서는 유로면적의 변화가 거의 없이 압력손실을 증가시킬 수 있는 drag 밸브를 개발하여 사용하고 있다. 밸브 마멸의 근본원인인 캐비테이션을 막기위한 방법으로 밸브 Plug 끝단의 과도한 속력을 제어할 수 있는 미로형 밸브가 효과적이다.
- 저유량 고비속도 원심압축기 설계 (2014.03 ~ 2015.02)
원심압축기는 석유산업이나 천연가스 산업에 주로 사용될 뿐 아니라 여러 다른 산업 전반에 걸쳐 널리 사용된다. 현재 사용 중인 원심압축기들의 일반적인 경향은 100마력 이상의 조건에서 작동되기 때문에 충분한 유량을 확보할 수 있으나 크기는 커질 수밖에 없다. 따라서 본 연구에서는 성능해석과 구조해석을 통하여 저유량 고비속도 2단 원심압축기를 설계하고자 한다. - 압축기 정익, 터빈 노즐 가변 메카니즘 및 제어기법 연구 (2011.08 ~ 2013.12) 지경부 과제
엔진의 압축비가 증가함에 따라 압축기를 효율적으로 운용하는데 어려움을 겪게 되고 최대 속도에서 안정적인 작동이 더욱 어려워진다. 높은 압축비의 영향은 압축기의 입구와 출구 단면적 비를 크게 만드는데 비 정상조건에서 압축기 입구에서 출구에 비해 상대적으로 낮은 축방향 속도 성분으로 인해 공기가 높은 받음각을 가지게 된다. 이런 상관관계로 인해 압축기 입구영역에서 실속현상이 발생하게 되고 엔진 성능저하를 초래하게 된다. 이러한 문제점은 축류압축기 가변 안내익을 적용함으로써 극복할 수 있다.
- 고효율 PIN PLATE와 스웰라 개발을 통한 PRE-HEATER BOILER 성능 향상 (2011.10 ~ 2013.09) 지경부 과제
최근 자동차용 엔진의 연비향상 및 배기가스 저감을 위한 노력으로 연소효율개선 및 연소가스의 온도와 엔진 발열량이 최소화 되고있다. 이는 엔진 냉각수의 최고수온이 낮아지고 냉각수가 가지는 총 가용 열원을 감소시킨다. 이러한 엔진 냉각수의 가용 열원 감소는 난방을 냉각수의 온수 열원에 전적으로 의존하는 자동차 공기조화 시스템에서 열원의 부족을 야기하여 동절기에 적절한 난방 공기조화 시스템이 요구된다.
- 2단형 초음속 충동형 터빈의 최적화 설계 및 모델 성능 시험 기술 개발 (2008.12 ~ 2011.09) 교과부 과제
우리나라의 우주개발 계획에 따라 중량급 위성을 자력 발사하기 위해서는 고추력의 액체로켓엔진이 필요하다. 이에 따라 액체로켓엔진의 핵심부품인 터보펌프 시스템의 고성능화가 필수적이다. 이를 위해서는 구동하는 터빈의 성능향상 또한 동반되어야 한다. 1단형 초음속 터빈에 대해서는 국내에서 이에 대한 수치 해석적, 실험적 연구가 지속적으로 되어왔으나, 2단형 초음속 터빈에 대한 설계, 해석, 성능시험에 대한 연구는 아직 부족하다. 액체로켓을 구성하는 시스템 중에서 터보펌프 시스템은 핵심적인 부분으로 액체로켓 개발에 있어서 가장 중요한 부분 중에 하나이다.
- 터보샤프트 엔진의 full-engine 시스템 모사 (2006.08 ~ 2008.02) 한국항공우주연구원
압축기, 터빈, 연소기 등 각각의 엔진 구성품에 대해서 다양한 수치해석 기법이 적용되고 있다. 하지만 각각의 구성품에 대한 해석은 서로간의 상호작용이 고려되지 않아 엔진 전체의 설계나 성능해석에는 제대로 활용이 되지 않고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 다양한 구성품 성능해석툴을 결합하여 서로간의 상호작용까지 고려하여 엔진전체의 성능예측이 가능한 Full engine simulation 연구를 진행하였다.
초음속 축류 터빈은 작은 크기로 큰 동력을 발생시킬 수 있다. 그러므로 초음속 축류 터빈은 가벼우면서도 큰 동력이 요구되는 유도무기, 램제트 엔진, 우주발사체를 포함하는 각종 비행체의 연료 공급장치나 유압용 공급장치의 동력원으로 널리 사용된다.
- 고온 기체 추력기 설계 (2004.01 ~2004.12) (주)한화 위탁과제
고온 기체 추력기는 짧은 시간에 작은 추력을 여러번 낼 수 있는 장치로 유도무기나 로켓, 위성 등의 위치나 자세제어, 궤도 수정 등에 다양하게 활용된다. 본 과제는 추력기의 국산화를 위한 노력의 일환으로 추력기의 성능특성을 수치적으로 규명하여 그 특성을 분석하고 설계방법을 정립하여 실제 추력기를 설계하는데 적용한다.
우주발사체용 액체추진로켓 및 유도무기의 핵심 부품인 터보펌프를 구동하는 충동형 초음속 터빈을 본 연구에서는 초음속 풍동 실험장치와 전산해석을 통해 유동 특성을 분석.
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