Turbomachinery: Design

     

     


   원심압축기는 일반적으로 고속으로 회전하며 유체에 큰 에너지를 전달하는 기계로서 가스 터빈, 소형 항공용 엔진, 터보차저 등 그 사용 분야가 다양하여 국내 수요가 상당함에도 불구하고 거의 전량 수입에 의존하고 있는 실정입니다. 이러한 원인에는 원심압축기가 고속, 고압등의 현상을 가지므로 설계 및 생산이 어렵다는 것과 이에 대한 체계적인 연구가 행하여지지 않았기 때문입니다. 본 연구에서는 이러한 원심압축기의 설계 및 성능 해석에 관한 연구를 수행하였으며 이러한작업을 컴퓨터 프로그램화하여 산업체에서의 생산 및 설계에 하나의 기준점을 제시하고자 합니다.

   압축기를 비롯한 터보기계의 기초설계를 위해서는 기본적으로 평균유속법을 통하여 대략적인 형상 및 탈설계 성능을 구하게 됩니다. 이러한 방법의 장점은 빠른 시간에 여러 가지의 형상에 대하여 여러 가지의 유동상태에 대한 성능을 파악할 수 있다는 것입니다. 터보기계의 설계시에는 이러한 평균유속법을 통하여 기본적인 형상을 정한 수 CFD의 3차원 해석을 통하여 3차원 형상 및 세부 유동을 해석하게 됩니다. 이러한 평균유속법을 위해서는 속도 삼각형, 열역학 방정식, 질량보존식, 상태방정식 등과 여러 경험식, 손실모델들을 사용하여야 하며, 특히, 압축기 내부의 손실을 어떻게 모델링하느냐에 따라 좋은 해석 여부가 결정됩니다. 회전차 내부의 손실로는 incidence loss, blade loading loss, shock friction loss, tip clearance loss 등이 있으며 외부 손실로는 disk friction loss,recirculation loss, leakage loss등이 있습니다. 본 연구에서는 두 영역모델을 이용하여 원심압축기의 설계 및 해석을 할 수 있는 프로그램을GUI(Graphic User Interface) 환경하에서 구현하였으며, Eckardt 압축기에 대하여 실험데이터와 비교 확인하였습니다. 현재 두영역모델을 사용하여 제작한 압축기 설계 및 해석 프로그램을 여러 가지 실험데이터와 비교하여 정확도를 높이고 있으며, 손실모델들을 이용하여 성능해석 프로그램을 작성하고 이를 두 영역모델과 비교하며 보다 좋은 설계 및 성능해석과정을 찾고 있는 중입니다.