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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 고한서
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수8
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수증기 압축을 이용한 잠열 회수 기술은 산업 공정 여러 부분에 쓰이며, 수증기 압축에 사용되는 원심압축기에 대한 연구가 중요하다. 본 연구에선 여러 가지 해석을 방법을 통해 수증기 압축을 위한 원심압축기의 성능과 특징을 살펴 보았다.
해석 방법으론 1차원해석과 전산수치해석을 사용하였고, 수증기 압축과 비교하기 위해 공기에 대한 해석도 같이 수행하여 두 결과를 비교해 보았다. 1차원해석을 위해 알고리즘을 구성하여 결과 값을 계산하기 위한 MATLAB 코드를 직접 만들었으며, Stodola, Stanitz 및 Wiesner의 미끄럼 계수를 도입하여 해석에 사용하였다. 전산수치해석 결과와 비교해 본 결과 Stodola의 계수는 압력비와 온도비가 매우 일치했으며, Stanitz와 Wiesner의 계수는 출구속도 결과와 일치했다. 또 Stanitz와 Wiesner의 계수를 사용한 두 결과값은 서로 매우 일치했다. 1차원 해석은 중요한 몇 가지 성능 지표들을 간편하게 바로 계산해 낼 수 있는 장점이 있다.
전산수치해석을 위해 여러 가지 해석 조건을 사용하였다. 전체 형상에 대해 격자를 구성하여 해석하는 방법과 형상이 반복되는 회전체의 단일 유동 통로에 대해서만 격자를 구성하고 주기성을 이용해 해석하는 방법을 사용하였다. 공기와 수증기를 작동유체로 사용해 두 결과를 비교해 보았으며 공기는 1기압 27℃, 수증기는 1.5bar, 120℃의 조건을 대입하여 해석을 수행했다.
공기와 수증기의 압축 성능을 비교해 보기 위해 무차원 그룹을 도입하였다. 압축기의 전압력비와 효율은 무차원화한 질량유량과 회전수의 함수이므로, 조건에 맞게 변수를 변형시킨 한 유체의 압축 성능 데이터로 다른 유체의 성능을 예측할 수 있음을 추론할 수 있었다. 전산수치해석 결과 무차원 그룹으로 질량유량과 회전수를 일치시킨 공기와 수증기의 성능 데이터는 상당히 일치하는 것으로 해석적으로 증명되었다.
전산수치해석을 통해 압축기 내의 국부적인 상태를 시각화할 수 있었다. 압축기 해석 시 고유량에서 더 이상 유량이 증가하지 않고 해석이 수렴하지 않는 구간이 발생하는데, 이는 면적이 가장 좁아지는 스플리터의 선단에서 초크가 발생하기 때문임을 나타내었다.
해석 방법으론 1차원해석과 전산수치해석을 사용하였고, 수증기 압축과 비교하기 위해 공기에 대한 해석도 같이 수행하여 두 결과를 비교해 보았다. 1차원해석을 위해 알고리즘을 구성하여 결과 값을 계산하기 위한 MATLAB 코드를 직접 만들었으며, Stodola, Stanitz 및 Wiesner의 미끄럼 계수를 도입하여 해석에 사용하였다. 전산수치해석 결과와 비교해 본 결과 Stodola의 계수는 압력비와 온도비가 매우 일치했으며, Stanitz와 Wiesner의 계수는 출구속도 결과와 일치했다. 또 Stanitz와 Wiesner의 계수를 사용한 두 결과값은 서로 매우 일치했다. 1차원 해석은 중요한 몇 가지 성능 지표들을 간편하게 바로 계산해 낼 수 있는 장점이 있다.
전산수치해석을 위해 여러 가지 해석 조건을 사용하였다. 전체 형상에 대해 격자를 구성하여 해석하는 방법과 형상이 반복되는 회전체의 단일 유동 통로에 대해서만 격자를 구성하고 주기성을 이용해 해석하는 방법을 사용하였다. 공기와 수증기를 작동유체로 사용해 두 결과를 비교해 보았으며 공기는 1기압 27℃, 수증기는 1.5bar, 120℃의 조건을 대입하여 해석을 수행했다.
공기와 수증기의 압축 성능을 비교해 보기 위해 무차원 그룹을 도입하였다. 압축기의 전압력비와 효율은 무차원화한 질량유량과 회전수의 함수이므로, 조건에 맞게 변수를 변형시킨 한 유체의 압축 성능 데이터로 다른 유체의 성능을 예측할 수 있음을 추론할 수 있었다. 전산수치해석 결과 무차원 그룹으로 질량유량과 회전수를 일치시킨 공기와 수증기의 성능 데이터는 상당히 일치하는 것으로 해석적으로 증명되었다.
전산수치해석을 통해 압축기 내의 국부적인 상태를 시각화할 수 있었다. 압축기 해석 시 고유량에서 더 이상 유량이 증가하지 않고 해석이 수렴하지 않는 구간이 발생하는데, 이는 면적이 가장 좁아지는 스플리터의 선단에서 초크가 발생하기 때문임을 나타내었다.
목차
제1장 서 론 11.1 연구배경 및 필요성 11.2 관련연구 41.3 연구목적과 연구방법 5제2장 이론적 배경 72.1 기본 방정식 72.1.1 지배 방정식 72.1.2 상태 방정식 92.1.3 정체 상태량 112.2 원심 압축기 132.2.1 원심 압축기의 구성 132.2.2 익단 간극 152.2.3 무차원 그룹 152.2.4 속도 삼각형 172.2.5 오일러 공식 192.2.6 미끄럼 계수 19제3장 해석 방법 및 해석 조건 223.1 1차원 해석 223.2 전산 수치 해석 273.2.1 형상 273.2.2 임펠러 및 디퓨저 모델링 303.2.3 해석 방법 363.3 무차원화에 따른 비교 방법 40제4장 해석 결과 434.1 1차원 해석 및 전산수치해석 결과 비교 434.2 공기와 수증기 압축 해석 결과 비교 484.2.1 전체 모델 해석 결과 484.2.2 부분 모델 해석 결과 56제 5 장 결론 63References 65부 록 67Abstract 70
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