파력발전용 링타입 입펄스터어빈의 성능해석

Abstract

This paper deals with the design and aerodynamic analysis of a so-called "ring-type" impulse turbine for wave energy conversion. Numerical analysis was performed using the CFD code, FLUENT. The main idea of the proposed turbine rotor was to minimize the adverse effect of tip clearance of the turbine blade; the design was borrowed from a ducted propeller with connected ring tip for special purpose marine vehicles. Results show that the efficiency increases up to 10%, depending on flow coefficient, with the higher flow coefficient yielding better efficiency. Decrease of input coefficient CA was the main reason for higher efficiency. Performance of ring-type rotor at various design parameters, as well as flow conditions, was investigated, and the advantages and the disadvantages of the present impulse turbine were also discussed.1. 서 론화석연료의 고갈과 환경오염 등의 문제로 인해 세계적으로 자연 청정에너지에 대한 관심이 높아지고 이와 관련하여 국내에서도 파력발전에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 파도의 운동에너지와 위치에너지를 이용하여 동력을 얻어내는 것이 파력발전이므로 그 파력에너지를 전기에너지로 변환하는 고효율 장비의 설계가 필수적이라 하겠다. OWC(진동수주)형의 파력발전 장치는 통상 3단계의 변환과정을 거치는데, 본 연구는 챔버를 통하여 생성된 공기에너지를 기계적 에너지로 변환하는 2차 변환장치인 로우터를 고효율로 설계하고자 하는데 그 목적이 있다.90년대 초반까지는 작동원리의 단순성 등으로 Wells 터어빈이 파력발전용 터어빈으로 각광받았으나, 최근에는 넓은 작동범위와 낮은 회전수, 좋은 자기기동 특성으로 인해서 임펄스터어빈이 많이 사용되고 연구도 활발히 진행되고 있다. 본 연구자들은 그동안 고효율의 임펄스터어빈을 설계하기 위해서 날개수나 허브비의 영향 (현범수와 문재승, 2004), 가이드베인의 각도별 영향, 덕트와 로우터 사이의 날개끝 간극(Tip Clearance) 영향에 대한 Parametric Study를 통한 연구를 수행한 바 있다 (Hyun et al., 2004). 이를 바탕으로 고효율의 터어빈을 설계하기 위해 항공기 날개의 Winglet과 비슷한 개념으로 로우터의 끝에 Plate를