Non-equilibrium 2상 유동 모델을 적용한 OTEC 터빈의 수치 해석

Abstract

탄소중립은 거부할 수 없는 시대적 사명으로 떠오르고 있다. 이를 실현하기 위해서는 재생에너지 비중을 확대해야 하며 해양에너지가 대안이 될 수 있다. 해양 에너지 중 하나인 OTEC은 해양 에너지 중 이론적인 잠재력이 가장 크다. 이 중 폐쇄형 OTEC의 경우 터빈에서 2상 유동이 발생할 수 있으며 보다 정확한 설계 및 해석을 위해서는 CFD(Computational Fluid Dynamics)로 모델링할 필요가 있다. 본 연구에서는 열역학적 평형을 가정한 Equilibrium(Eq) 모델 대신 Non-equilibrium(Non-eq) 2상 모델을 적용하였다. 그 결과를 단상, Eq 모델 및 실험 결과와 비교 분석하였다. 또한 GCI 방법을 사용하여 이산화 오류를 추정했다. CFD 시뮬레이션 결과, Non-eq 모델이 단상 및 Eq 모델에 비해 실험값과 가장 유사하였다. 정성적으로는 Non-eq 모델은 스팬방향 50%에서 속도장과 질량분율에서 약간의 차이를 보였다. 결론적으로 실제에 가장 가깝다고 추정되는 모델은 Non-Eq 모델이며, 이에 대한 근거를 정량적, 정성적으로 추정하였다.