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표제지
목차
초록 5
1. 서론 9
1-1 연구개요 9
1-2 연구목적 및 연구방법 13
2. 이론해석 15
2-1 파력에너지 이론 15
2-1-1 Wells터빈의 이론 15
2-1-2 충동터빈의 원리 18
2-2 수치해석 및 난류모델 20
2-2-1 지배방정식과 난류모델 20
2-2-2 이산화방법 28
2-3 이차원 익형 유동 29
2-3-1 Airfoil의 모델링 및 계선조건 29
2-3-2 Airfoil의 계산결과 및 고찰 33
3. CFD에 의한 웰즈 터빈 연구 40
3-1 웰즈터빈의 연구 개요 40
3-2 팁 클리어런스의 영향 해석 43
3-2-1 계산조건 43
3-2-2 결과 및 고찰 50
3-3 영각의 변화에따른 Stall 해석 64
3-3-1 계산조건 64
3-3-2 결과 및 고찰 66
3-4 히스테리시스 특성해석 70
3-4-1 블레이드 두께에 따른 특성 70
3-4-2 솔리디티에 따른 특성 81
3-4-3 팁 클리어런스의 변화에 따른 유동분석 88
3-5 웰즈터빈의 결과 요약 92
4. CFD에 의한 충동터빈의 성능해석 93
4-1 충동터빈의 연구개요 93
4-1-1 지배방정식 97
4-1-2 경계조건 99
4-2 수치해석 및 격자계 100
4-2-1 이차원해석과 격자계 100
4-2-2 삼차원해석과 격자계 107
4-3 충동터빈의 결과 요약 114
5. 결론 115
참고문헌 116
감사의글 123
Table 2.1 Computational Boundary Conditions for NACA0012 31
Table 3.1 Computational conditions 44
Table 3.2 Boundary Conditions 49
Table 3.3 Computational Conditions 65
Table 3.4 Computational condition 81
Table 3.5 Boundary conditions 82
Fig. 2.1 The oscillating water column 16
Fig. 2.2 Formation of relative velocity, W1(r) 17
Fig. 2.3 Force components on the Wells turbine 17
Fig. 2.4 (a) Schematic layout of OWC-air turbine type wave generator system 19
Fig. 2.4 (b) Impulse turbine with fixed guide vanes 19
Fig. 2.5 Point Distribution defining NACA0012 Airfoil Geometry 30
Fig. 2.6 Computational grid around NACA0012 Airfoil 32
Fig. 2.7 Velocity distribution for α=1.86 degree (Standard k-εmodel, QUICK) 34
Fig. 2.8 Velocity distribution for α=5.86 degree (Standard k-εmodel, QUICK) 34
Fig. 2.9 Velocity distribution for α=10.86 degree (Standard k-εmodel, QUICK) 35
Fig. 2.10 Velocity distribution for α=1.86 degree (RNG k-εmodel, QUICK) 35
Fig. 2.11 Velocity distribution for α=5.86 degree (RNG k-εmodel, QUICK) 36
Fig. 2.12 Velocity distribution for α=10.86 degree (RNG k-εmodel, QUICK) 36
Fig. 2.13 Pressure distribution for α=1.86 degree 37
Fig. 2.14 Pressure distribution for α=5.86 degree 37
Fig. 2.15 Pressure distribution for α=10.86 degree 38
Fig. 2.16 Pressure coefficient distribution for α=1.86 degree 38
Fig. 2.17 Pressure coefficient distribution for α=5.86 degree 39
Fig. 2.18 Pressure coefficient distribution for α=10.86 degree 39
Fig. 3.1 Grid distribution 41
Fig. 3.2 Typical example of sinusoidal flow produced 42
Fig. 3.3 Boundary condition domain 42
Fig. 3.4 Schematic of Wells turbine 45
Fig. 3.5 Wells turbine rotor with eight blades 46
Fig. 3.6 periodically repeated Wells turbine geometry 47
Fig. 3.7 Complete grid (periodically repeated) 48
Fig. 3.8 Surface grid distribution on prototype model 48
Fig. 3.9 Streamlines flowing over suction side (Tip clearance=0%) 51
Fig. 3.10 Streamlines flowing over suction side (Tip clearance=1%) 52
Fig. 3.11 Streamlines flowing over suction side (Tip clearance=2%) 53
Fig. 3.12 Streamlines flowing over suction side (Tip clearance=6%) 54
Fig. 3.13 Static pressure distributions on suction side (Tip clearance=0%) 55
Fig. 3.14 Static pressure distributions on suction side (Tip clearance=1%) 56
Fig. 3.15 Static pressure distributions on suction side (Tip clearance=2%) 57
Fig. 3.16 Static pressure distributions on suction side (Tip clearance=6%) 58
Fig. 3.17 Velocity vectors projected onto a mid-chord (tip clearance=0%) 59
Fig. 3.18 Velocity vectors projected onto a mid-chord (tip clearance=1%) 60
Fig. 3.19 Velocity vectors projected onto a mid-chord (tip clearance=2%) 61
Fig. 3.20 Velocity vectors projected onto a mid-chord (tip clearance=6%) 62
Fig. 3.21 Comparison of experimental and numberical pressure drops across the turbine 63
Fig. 3.22 Vartation of pressure drops across the turbine 63
Fig. 3.23 Streamlines flowing over suction side 67
Fig. 3.24 Static pressure distributions on suction side 68
Fig. 3.25 Flow pattern on the suction side of the blade using oil film method by M. SUZUKI 69
Fig. 3.26 Flow pattern on the suction side of the blade using oil film method by M. SUZUKI 69
Fig. 3.27 Hysteretic characteristics of Wells turbine 72
Fig. 3.28 Pressure distributions along blade surface (α=3˚) 73
Fig. 3.29 Pressure distributions along blade surface (α=6˚) 74
Fig. 3.30 Pressure distributions along blade surface (α=9˚) 75
Fig. 3.31 Pressure distributions along blade surface (α=12˚) 76
Fig. 3.32 Velocity vector projected onto a mid-chord grid plan (angle of attack=3˚) 77
Fig. 3.33 Velocity vector projected onto a mid-chord grid plan (angle of attack=6˚) 78
Fig. 3.34 Velocity vector projected onto a mid-chord grid plan (angle of attack=9˚) 79
Fig. 3.35 Velocity vector projected onto a mid-chord grid plan (angle of attack=12˚) 80
Fig. 3.36 Hysteresis loops of total pressure coefficient by the effect of Solidity 83
Fig. 3.37 Hysteresis loops of total pressure coefficient by the effect of clearance 83
Fig. 3.38 Mid-span에서의 상대등속도 분포(NACA0021_5_1) 85
Fig. 3.39 Mid-span에서의 상대등속도 분포(NACA0021_6_1) 86
Fig. 3.40 Mid-span에서의 상대등속도 분포(NACA0021_7_1) 87
Fig. 3.41 Mid-spam에서의 등속도 contours(NACA0021_6_1) 89
Fig. 3.42 Mid-spam에서의 등속도 contours(NACA0021_6_2) 90
Fig. 3.43 Mid-spam에서의 등속도 contours(NACA0021_6_3) 91
Fig. 4.1 Schematic layout of OWC-air turbine type wave generator system 94
Fig. 4.2 Turbine geometry and design data 95
Fig. 4.3 Rotor geometry 96
Fig. 4.4 Computational grid for two-dimentional Impulse turbune & Boundary condition 101
Fig. 4.5 Turbine characteristics under steady flow condition 103
Fig. 4.6 Numerical results for velocity vectors and pressure field 106
Fig. 4.7 Grid Generation Distribution 108
Fig. 4.8 Distribution of Pressure Coefficient 109
Fig. 4.9 Streamline Distribution 111
Fig. 4.10 Turbine Characteristics under steady flow condition 113
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