하수처리장 소수력 수차 블레이드의 압력변화 특성 분석을 통한 구조안전성 평가
Structural Safety Evaluation by Analysis of Pressure Variation Characteristics of Small Hydro Power Hydraulic Turbine Blades in Sewage Treatment Plant
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초록
저유속 조건에서 소수력 에너지 생산 효율 증진을 위한 항력식 수직축 수차를 개발하기 위하여 전산 유체 동역학(CFD) 기법을 이용하여 수치해석을 수행하였다. 1.0~3.0 m/s의 유속 조건에서 수차 블레이드의 타공 유무에 따른 블레이드 압력 변화와 내부유동을 분석하였다. 수치해석 결과, 타공이 있는 경우 유속에 따라 수차 블레이드의 압력 및 유체 속도가 영향을 크게 받는 것으로 나타난 반면에, 타공이 없는 경우에는 유속에 따른 수차 블레이드의 압력 및 유체 속도의 영향이 상대적으로 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 타공이 포함되지 않은 수차 블레이드에 비교하여 타공이 포함된 수차 블레이드 표면에서 압력 분포와 유체의 속도가 고르게 나타났으며, 따라서 수차 블레이드에 타공을 형성하는 것이 구조안전성 측면에서 도움이 될 것으로 판단된다.
Abstract
Numerical analysis using commercial CFD code was carried out to develop the drag force type vertical axis hydraulic turbine for the improvement of the production efficiency of small hydro energy at low flow velocity condition. Blade pressure changes and internal flows were analyzed according to the presence or absence of the hydraulic turbine blade holes at flow velocity of less than 1.0~3.0 m/s. According to the numerical results, the pressure and flow velocity is severly affected by the flow velocity in turbine blade with no holes, while the influence of flow velocity is comparatively decreased in turbine blade with holes. It is also found that the pressure and flow velocity on the blade surface with holes are evenly distributed with no singular location and it is believed that forming a hole in the blade may be helpful in terms of structural safety.
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