디지털트윈 기반 파력발전기의 운용을 위한 통합 유동해석 물리모델 개발에 관한 연구

Abstract

본 연구는 진동수주형 파력발전장치의 실시간 디지털트윈 운영을 위한 진동수주실, 터빈, 발전기를 통합한 물리모델을 구축을 위해 연구되었다. 진동수주실 내 유체유동은 물과 공기가 상호 작용을 하는 자유표면유동을 형성하고 물기둥이 상승하면 진동수주실은 압축파가 형성되고 반대로 하강하면 팽창파가 형성된다. 또한 출구에는 터빈이 있어 진동수주실이 압축파를 형성하면 외부로 유출되고 팽창파가 형성되면 반대로 유입된다. 터빈의 유동은 진동수주실 내 공기가 압축되거나 팽창될 때 유동저항 역할을 한다. 또한 발전기가 있어 발전기 효율을 높이기 위해 터빈의 회전수가 제어되는데 이에 따라 유동저항에 의한 터빈 유량의 차이가 발생하므로 이를 통합한 해석이 필수적이라고 할 수 있다. 개발된 모델이 실시간 운영을 위해서는 기존 나비어스톡스 방정식을풀어 해석하는 것은 한계를 극복하기 위해 통합 유동해석 물리모델을 개발하였다. 본 연구의 개발연구는 향후 유체기계의 물리모델 구축에 활용될 예정이고 유체기계에서는 마찰에 의한 효과가 매우 중요하므로 이에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다