암모니아 작동유체를 이용한 해수온도차발전용 8kW급 구심터빈의 설계 및 CFD 성능해석

Q: 이 논문에서 정의한 해양온도차발전이란 무엇인가?

해양온도차발전(OTEC)은 수심에 따른 바닷물의 표층수와 심층수 온도차를 활용하여 비등점이 낮은 작동유체를 증발시키고 터빈을 구동하여 전력을 생산한 후 작동유체를 응축하는 발전 방식이다. 이는 기존 화석연료를 사용하지 않고 20℃ 내외의 작은 온도차로 플랜트를 가동하는 장점이 있다.

Q: 암모니아 작동유체를 이용한 8kW급 구심터빈의 최적 설계 조건은 무엇인가?

연구 결과, 암모니아 작동유체를 이용한 8kW급 구심터빈은 설계 회전수 24,000 rpm에서 최대 효율 88.66%와 8.52kW의 출력을 보였다. 이 최적 설계점에서 터빈 전후단의 팽창비는 1.2로, 초킹이 발생하는 지점인 1.9보다 낮아 안정적인 작동이 가능함을 확인하였다.

모장오; 차상원; 김유택; 임태우; 이영호

학술저널 Full-text AI

저자정보: 모장오 (University of Adelaide) 차상원 (한국해양대학교) 김유택 (한국해양대학교) 임태우 (한국해양대학교) 이영호 (한국해양대학교)

저널정보: 한국마린엔지니어링학회 Journal of Advanced Marine Engineering and Technology (JAMET) 한국마린엔지니어링학회지 제36권 제8호

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본 연구에서는 OTEC에 적용가능한 구심터빈을 대상으로 암모니아를 적용하여 8kW급 구심터빈의 설계 및 CFD 해석을 수행하였다. 구심터빈은 스크롤 케이싱, 18개의 베인노즐, 13개의 로터 블레이드로 구성된다. 질량유량과 입구온도는 0.5kg/s와 25℃이며, 가변회전수 12,000 ~ 36,000 rpm 범위내에서 9가지 조건에 대해 해석을 수행하였다. 회전수 변화에 따른 해석결과, 설계회전수 24,000 rpm에서 최대효율점을 보였으며, 이때 최고효율은 88.66 %, 출력은 8.52kW이다. 향후, 팽창비가 1.4~1.5 정도의 범위를 갖도록 최적설계 과정을 통한 연구가 필요하다. 본 연구를 통해 분석된 해석결과는 다양한 작동유체 조건에서 목표출력에 해당하는 구심터빈의 최적 설계파라미터 구성을 위한 설계자료로 유용하게 활용될 것으로 기대한다.

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