• 유체기계공업학회:학술대회논문집
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• 유체기계공업학회 2001년도 유체기계 연구개발 발표회 논문집
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• pp.281-286
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• 2001

The radial turbine has been successfully applied to the systems which request relatively small output compared with the axial turbine, and has low manufacturing cost due to it's small size and simple structure. Recently, the researches on the development and the efficiency maximization of the radial turbine are in progress corresponding with the trend toward miniaturization in turbo machinery and the development of small dispersed power generation systems. The radial turbine is to be applied to our turbo refrigerator of which engine speed is 26,000 rpm and turbine efficiency is $88\%$. Also, as a heat exchanger is accepted instead of a combustor in our turbo refrigerator, the design of radial turbine has been performed to be appropriate to the circumstance of low temperature air, not high temperature combustor gas, into the turbine inlet . This radial turbine is being developed in consideration with not only the aero-dynamic performance but also the simplification of manufacturing and integration, and the durability at operating condition. This paper refer to the performance evaluation about the radial turbine design by comparison with consulting from Russia and the our evaluation about various design factors which are considered in aero-dynamic design process.

• International Journal of Fluid Machinery and Systems
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• 제9권2호
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• pp.137-142
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• 2016

Variable Geometry System (VGS) is widely applied to the nozzle vane for the radial inflow turbine constituting automotive turbochargers for the purpose of optimizing the power output at each operating condition. In order to improve the performance of radial turbines with VGS, it is necessary to clarify the influences of the setting angle of nozzle vane on the internal flow of radial turbine. However, the experimental measurements are considered to be difficult for the flow in radial turbines because of the small size and the high rotational speed. In the present study, the numerical calculations were carried out for the flow in the radial turbine at three operating conditions by applying the corresponding nozzle vane exit angles, which were set up in the experimental study, as the inlet boundary condition. The numerical results revealed the characteristic flow behaviors at each operating condition.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2002년도 학술대회지
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• pp.549-552
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• 2002

The objective of this study is to clarify the detailed performances of the impulse type radial turbine and to present an optimum configuration of the turbine. The impulse type radial turbine has been manufactured and investigated experimentally under steady and sinusoidally oscillating flow conditions by model testing. Then, the starting characteristics under sinusoidally flow conditions have been evaluated by a numerical simulation using a quasi-steady analysis. As a result, the running and starting characteristics of the impulse type radial turbine for wave energy conversion have been clarified. Furthermore, the recommended configuration is presented, especially for setting angles of inner and outer guide vanes.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제2권2호
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• pp.42-48
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• 1994

Turbocharging is one of the best methods to improve the performance of diesel engines, because of its merits,-power ratio, fuel consumption and exhaust emissions. Most of them in small and medium diesel engines have adopted the pulse turbocharging method with twin entry vaneless radial turbines to maximize the energy utility of exhaust gas. This method requires the high performance of turbine under unsteady flow, and also the matching between turbine and diesel engine is most important. However, it is difficult to match properly between them. Because the steady flow data are usually used for it. Accordingly, it is necessary to catch the characteristics of turbine performance correctly over the wide range of the operation conditions under unsteady flow. In this paper, the characteristics of turbine performance under unsteady flow are represented at varying conditions, such as inlet pressure amplitude, turbine speed and frequence.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제38권3호
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• pp.276-284
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• 2014

본 연구의 목적은 ORC(Organic Rankine Cycle) 반경류터빈의 설계기법을 확립하는 것이다. 이를 위하여 반경류터빈의 예비설계프로그램인 RTDM(Radial Turbine Design Modeler) Ver.2.1를 개발하였다. RTDM Ver.2.1의 정확성을 검증하기 위해 R32를 이용한 200kW급 OTEC(Ocean Thermal Energy Conversion)용 반경류터빈을 설계하였고 이에 대해 CFD(Computational Fluid Dynamics) 수치해석을 수행하였다. 그 결과 RTDM Ver.2.1의 정확성은 설계한 반경류터빈의 전엔탈피 강하를 기준하여 약 94.6%로 나타났다. 본 연구에서는 반경류터빈의 설계요구조건인 출력조건과 로터출구조건을 충족시키기 위해 질량유량조정 방법을 도입하였다. 이에 따라 RTDM Ver.2.1을 이용하여 설계한 200kW급 OTEC용 반경류터빈의 질량유량은 21.2kg/s이며 이 때 Total to Total과 Total to Static 효율은 각각 89.8%, 85.3%이다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권9호
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• pp.898-906
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• 2008

본 연구에 적용된 터빈은 2단으로 구성되며, 첫 번째 단에는 축류형 터빈이 적용되고 두 번째 단에는 반경류형 터빈이 적용되었다. 축류형 터빈에서 동익의 평균반경은 70mm 이며, 반경류형 터빈의 외경은 입구에서 68mm였다. 실험에서 반경류형 터빈의 경우에는 두 개의 다른 형태가 적용되었으며, 최적의 설계변수를 확인하기 위하여 노즐의 각도를 3가지로 변경하면서 실험을 수행하였다. 터빈의 형상에 따른 성능평가를 위하여 총비토오크를 기준으로 비교하였다. 실험의 결과에서 낮은 부분분사에서 작동하면서 고토오크를 얻기 위한 소형터빈의 성능에는 노즐 각도가 가장 중요한 설계변수임을 보여주었다. 부분분사율이 3.4%이면서 노즐의 분사각도가 $75^{\circ}$인 경우에 두 번째 단에 반경류형 터빈을 장착하였을 때 총비토오크는 13%향상하는 결과를 보여주었다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제13권1호
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• pp.35-41
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• 2010

Experimental study on the flow field inside the nozzle for radial turbine was performed. At design point, the pressure is high and the Mach number is low at the pressure side of the nozzle inlet semi-vaneless space as the flow turns through the nozzle vanes. As the flow accelerates through the nozzle passage to the throat the pressure level at the pressure and suction sides becomes similar. The flow continued accelerating from the throat to the inlet of turbine wheel and the pressure field became uniform in the circumferential direction in the vaneless space. In high expansion ratio condition, strong favorable pressure gradient band region occurred just after the throat in the semi-vaneless space in the circumferential direction and the pressure became uniform in the circumferential direction after this band. In low expansion ratio condition, core flow acceleration is dominant after the throat and this non-uniform pressure field reached to the inlet of turbine wheel.

• International Journal of Fluid Machinery and Systems
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• 제2권4호
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• pp.375-382
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• 2009

Hydraulic instability associated with pressure fluctuations is a serious problem in hydraulic machinery. Pressure fluctuations are usually a result of a strong vortex created in the centre of a flow at the outlet of a runner. At every radial turbine and also at every single regulating axial turbine, the draft tube vortex appears at part-load operating regimes. The consequences of the vortex developed in the draft tube are very unpleasant pressure pulsation, axial and radial forces and torque fluctuation as well as turbine structure vibration. The consequences of the vortex are transferred upstream and downstream with amplitude and frequency modulation in respect of the turbine operating regime, cavitation conditions and air admitted content. Numerical prediction of the vortex appearance in the design stage is a very important task. The amplitude of the pressure pulsation is different for each operating regime therefore the main goal of this research was to numerically predict pressure pulsation amplitude versus different guide vane openings and to compare the results with experimental ones. For the numerical flow analysis of a complete Francis turbine (FT), the computer code ANSYS-CFX11 has been used.

• 유체기계공업학회:학술대회논문집
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• 유체기계공업학회 2006년 제4회 한국유체공학학술대회 논문집
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• pp.531-534
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• 2006

250kw급 MFFC용 연료전지 발전시스템에 적용 가능한 BOP 중에서 터보제너레이터 사이클을 구성하는 구심터빈의 공력설계에 관한 연구를 수행하였다. 기본적인 치수는 평균반경에서의 해석 뿐만 아니라 구심터빈에서 반경 반향으로 변화가 크게 발생하므로 출구측에서 반경반향의 변화를 고려하여 결정하였다. 기본공력설계 과정에서 결정된 구심터빈 임펠러의 자오면 기본형상과 입출구 날개각 등의 기본설계 자료를 바탕으로 임펠러의 기하학적 3차원 형상을 결정하였다. 구심터빈 임펠러의 3차원 블레이드 형상이 결정되면 일련의 CFD를 통한 원심펌프 임펠러 내부의 유동현상을 고찰함으로써 기하학적 형상의 타당성을 검토하는 반복 설계 과정을 수행하였다. 또한, 여러 회전수에 대하여 정익에서와 동익에서의 유량이 일치할 수 있도록 동익 출구의 압력을 조절하여 작동유체의 각 위치에서의 값들을 구하고 각각의 위치에 따라 적절한 손실모델을 적용하여 탈설계점에서의 성능곡선을 구하였다. CFD 해석결과, MCFC 발전시스템에 마이크로 터보제너레이터를 적용시킬 경우에 폐열을 이용하여 16kW 정도의 전력을 추가로 생산할 수 있는 것으로 나타났다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제38권9호
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• pp.1101-1105
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• 2014

해양온도차발전은 해양의 따뜻한 표층수와 차가운 심층수의 온도차를 발전에 이용하는 전도유망한 기술이다. 지속가능한 온도차를 이용하여 온실가스감축기술로서 활용할 수 있다는 장점을 가지는 반면, 시스템의 효율이 낮다는 단점을 가진다. 해양온도차발전의 낮은 시스템 효율을 개선하기 위해서는 성능이 우수한 터빈의 설계 및 개발기술의 확보가 필요하다. 이에 따라 본 연구에서는 R32를 이용한 100kW급 해양온도차발전용 반경류터빈을 설계하였으며, CFD 해석을 통해 설계한 터빈의 성능을 검증하였다. CFD 해석결과를 참고하여 설계한 반경류터빈의 형상을 수정하였으며 이러한 과정을 반복하여 설계요구조건에 적합한 해양온도차발전용 반경류터빈의 최종 형상을 도출하였다.