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김길원(선박해양플랜트연구소) 홍기용(선박해양플랜트연구소) 김경환(선박해양플랜트연구소) 현범수(한국해양대학교)

DOI : 10.7846/JKOSMEE.2019.22.3.182

이 논문을 2019-09-02 에 이용했습니다.

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초록

진동수주형 파력발전장치는 간단한 에너지변환 구조와 유지보수의 용이성 때문에 타 파력발전장치에 비해 상용화에 가장 근접한 장치이다. 본 논문은 도서지역의 방파제에 연계할 파력발전장치의 2차 에너지변환장치로서 임펄스터빈을 설계하고 성능평가 함을 목적으로 한다. 먼저 적지해역과 방파제의 규모에 적합한 기당 30 kW급 발전장치용 임펄스터빈의 개념설계를 수행하고 용수파력발전장치 설계에서 사용한 Hong et al.[2016] 의 연구방법론을 바탕으로 직경을 도출하였으며, 수치해석을 통하여 다양한 설계변수의 민감도 해석을 진행하였다. 이를 바탕으로 도출된 기본 임펄스터빈의 형상에 더하여 날개 스팬방향으로 뒤젖힘각을 적용한 로터형상과 그 끝단에 링을 부착한 링형(Ring-type) 터빈 형상을 수치해석적 방법으로 제안하여 총 3개의 후보터빈을 도출하였다. 도출된 터빈들의 성능검증을 위하여 왕복유동이 재현 가능한 풍동에서 실험을 실시하여 각 터빈의 성능을 다양한 입력조건에서 평가하였고, 그중 링형 터빈이 설계점에서 최대 52.9%의 우수한 터빈 효율을 주는 것으로 확인하였다.

The present study deals with the design and performance analysis of three different impulse turbines for 30 kW-class Oscillating Water Column (OWC) wave energy converter applicable to breakwater. Conceptual design was made by using the look-up table method of Hong et al.[2016] previously applied to Yongsoo Wave Power Plant. For the basic design, FLUENT-based numerical analysis tool was utilized to design a conventional-type impulse turbine by optimizing the design parameters such as number of blade, angle of guide vane, hub ratio and tip clearance. Two more models were designed by modifying the conventional-type to enhance the efficiency of turbines. Firstly, a ring-type turbine was proposed to minimize the vortex roll-up near the tip of rotor blade. The depth of penetration, thickness and length of ring were optimized numerically. Secondly, a sweep angle-type turbine designed by Yang et al.[2017] was considered as one of the candidates. Numerically designed three turbines were then validated experimentally using a specially-built reciprocating flow generator to simulate the wave movement inside OWC. It was found that while both ring-type and sweep angle-type turbines gave the better efficiency than the conventional-type, a ring-type turbine was finally selected as the best one which shows approximately 52.9% in peak efficiency.

목차

요약
Abstract
1. 서론
2. 임펄스터빈의 설계
3. 모형시험을 통한 성능평가
4. 결론
References

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