일반기술

가스터빈내 2차손실 및 불필요한 열전달의 감소를 위한 허브 경계층 펜스의 응용

과거에는 항공기의 추진기관으로 주로 사용되던 가스터빈이 그동안의 활발한 연구 개발에 힘입어 산업 발전용 또는 육상 중장비 엔진 등으로 그 활용 범위가 급속히 넓혀지고 있다. 이 시스템에서 직접 동력을 만들어내는 터빈내에서는, 블레이드가 허브에 장착되는 영역근처에서는 블레이드의 형상과 곡면효과때문에 복잡한 3차원유동이 발생한다. 이러한 3차원 유동은 터빈 공력 손실의 증가를 초래하여 효율저하를 가져오고, 나아가 터빈으로 유입되는 고온의 연소가스와 블레이드 또는 허브면사이의 활발한 열전달에 의한 급격한 표면온도 변화와 높은 열응력을 야기시켜 결국, 터빈 수명 단축의 요인이 된다. 따라서 이러한 3차원 유동을 충분히 관찰하고 이해하여, 이로 인해 발생하는 2차유동 손실을 줄이거나 국부적인 높은 열전달을 감소시키는 방법을 모색하는 것은 가스터빈의 열효율을 높이기 위해 매우 필수적이라 하겠다. 본연구에서는 이와 같은 필요성에 의해 터빈통로내의 허브면에 펜스를 설치하여 통로내의 3차원유동을 적극적으로 콘트롤하는 방안을 채택하였다.여러 가지 실험방법을 통해 통로내부에서의 유동현상과 블레이드 압력면 및 허브면에서의 열전달 현상을 관찰하여 허브면에 장착한 적절한 크기의 펜스가 2차유동손실의 감소 및 불필요한 열전달을 줄이는데 효과가 있다는 것을 확인하였다.