한국전자통신학회논문지 (The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences)

한국전자통신학회 (Korea Institute of Electronic Communication Science)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

노즐 형상에 따른 터빈 축동력 형성 비교를 위한 분자동력학 시뮬레이션

Molecular Dynamics Simulation to compare Turbine Rotational Power based on Nozzle Shapes

  • 김수희 (호서대학교 컴퓨터정보공학부)
  • Kim, Su-Hee (Division of Computer and Information Engineering, Hoseo University)
  • 투고 : 2018.12.14
  • 심사 : 2019.04.15
  • 발행 : 2019.04.30
PDF 다운로드
⟨ 이전 논문 다음 논문 ⟩

초록

노즐모양이 터빈의 회전력과 축동력에 미치는 영향을 분석하기 위해, 분자 동력학 시뮬레이션을 수행하였다. 3 개의 파라메타, 노즐모양, 터빈의 회전속도 w, 분자들의 초기 속도 ($V_x,V_y$) 값들을 변화하면서, 시뮬레이션을 수행하여 터빈입구와 출구에서 분자들의 터빈 회전방향으로의 속도를 계산하였다. 이 두 영역에 걸쳐 평균 운동량을 각각 계산하고 그 차이(AMD)를 비교 분석하였다. 사용한 노즐 모양을 대상으로 AMD를 향상할 수 있는 w의 최적의 범위 도출하였으며, 터빈의 축동력 형성에 더 많이 기여할 수 있는 우수한 노즐 모양을 파악하였다.

Molecular dynamics simulations were carried out to analyze the impact on turbine rotational power based on nozzle shapes. y varying two parameters, turbine rotational velocity w and initial velocities ($V_x,V_y$) for generating molecules, turbine rotation velocities of molecules in turbine entrance arc region and turbine exit arc region were calculated. Average momentums were calculated over two regions, respectively and the differences (AMD) were compared and analyzed. The optimal range of w values to enhance AMD was investigated over 4 different nozzle shapes used, and an excellent nozzle shape to achieve more turbine rotational power was drawn.

키워드

KCTSAD_2019_v14n2_425_f0001.png 이미지

그림 1. 노즐 모양 1-1과 1-2 Fig. 1 Nozzle Shapes 1-1 and 1-2

KCTSAD_2019_v14n2_425_f0002.png 이미지

그림 2. 노즐 모양 2-1과 2-2 Fig. 2 Nozzle Shapes 2-1 and 2-2

KCTSAD_2019_v14n2_425_f0003.png 이미지

그림 3. 터빈입구/출구에서 분자들 터빈회전 방향의 속도 차이 Fig. 3 Difference between turbine rotational speeds at turbine entrance and exit

KCTSAD_2019_v14n2_425_f0004.png 이미지

그림 4. 터빈 입구에서 단위 시간당 분자들의 분포 Fig. 4 Molecular distribution at turbine entrance

KCTSAD_2019_v14n2_425_f0005.png 이미지

그림 5. 터빈입구/출구 분자들 터빈회전 방향 운동량 차이 Fig. 5 Difference between turbine rotational momentums at turbine entrance and exit

표 1. 노즐 모양에 따른 16 세트 시뮬레이션 결과 Table 1. 16 Simulation results based on nozzle shapes

KCTSAD_2019_v14n2_425_t0001.png 이미지

표 2. 터빈 출구에서 분자들의 평균 속도 Table 2. Average velocity of molecules at turbine exit

KCTSAD_2019_v14n2_425_t0002.png 이미지

참고문헌

  1. G. A. Bird, Molecular Gas Dynamics and the Direct Simulation of Gas Flow. New York: Oxford University Press, 1994.
  2. S. Park, "Application of Molecule Dynamics Simulation," J. of The Korean Society of Mechanical Engineers, vol. 43, Mar. 2003, pp. 49-57.
  3. D. Liuzzi, "Two-Phase Cavitation Modelling," Ph.D Dissertation, University of ROME, 2012, pp. 11-17.
  4. J. Na, J. Lee, C. Hong and S. Kim, "Molecular Clustering and Velocity Increase in Converging-Diverging Nozzle in MD Simulation," International Conference on Mechanical, Aeronautical and Automotive Engineering, Malacca, Malaysia, Feb. 2017.
  5. S. Kim, "Molecular Dynamics Simulation Design and Implementation for Nozzles and Turbines," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 14, no. 1.
  6. S. Kim, N. Joo and J. Na, "Molecular Dynamic Simulation for Convergence-Diverging Nozzle Performance," Woman ICT Committee Conference, Korea Institute of Information and Communication Engineering, Cheonan, Korea, Aug., 2018, pp. 132-135.
  7. D. Schroedera, "Interactive molecular dynamics," Am. J. Phys., vol. 83, no. 3, Mar. 2015, pp. 210-218. https://doi.org/10.1119/1.4901185
  8. B. R. Holstein, "The van der Waals interaction," Am. J. Phys. vol. 69, no. 4, 2001, pp. 441-449. https://doi.org/10.1119/1.1341251
  9. J. Jones, "On the Determination of Molecular Fields," In Proc. Royal Society of London, England, October, 1924, pp. 463-477.
  10. L. Verlet, "Computer "Experiments" on Classical Fluids. I. Thermodynamical Properties of Lennard-Jones Molecules," Physical Review. vol. 159, 1967, pp. 98-103. https://doi.org/10.1103/PhysRev.159.98
  11. S. Axler, Linear Algebra Done Right, 3rd Edition, New York: Springer, 2015.
  12. A. Serway and S. Faughn, Physics, 3rd Edition, New York: Holt, RINEHART and WINSTON, 2006.