실험결과

낙차 변화에 따른 성능특성 4.1.3.1

에는 본 실험에서 수행한 낙차변화에 따른 결과를 곡선으로 Fig 4.6

나타낸 것이다. 횡축인 낙차는 수차가 운전 가능한 시점인 4m에서

까지 간격으로 측정하여 나타내었다 종축은 좌측부터

12m 0.5m .

차례대로 출력 유량 그리고 효율을 나타내었다, .

실험 결과 최고 효율점은 설계점인 10m에서 존재한다 반면에 출력은. 낙차변화에 따른 유량의 증가로 출력이 높아지고 있음을 알고 있다.

실험 중 8m지점에서부터 캐비테이션이 발생하는 것을 관측할 수 있다. 최고효율점인 10m보다 높은 낙차에서는 심한 캐비테이션으로 인하여 효율이 떨어진 것으로 사료된다.

따라서 설계를 검토하여 캐비테이션의 발생을 감소시키게 되면 최고 효율점의 낙차인 10m에서 높은 효율을 기대 할 수 있다.

Fig. 4.6 Performance curves. (Head variation)

Fig. 4.7 Performance curves. (Rotational speed variation)

Fig. 4.8 Image of cavitation on turbine

회전수 변화에 따른 성능특성

튜블러 수차의 성능 시험

같이 4~20mA 출력이 가능하며 신뢰성 0.02%의 압력계 선정하였으며, 기본적인 측정 위치는 Fig. 4.9에 보이는 바와 같이 수차의 입구측, 수차 본체 출구측, 3개소에서 동시에 측정이 가능하도록 구성하였으며, 또한 러너베인의 특성을 파악하기 위하여 러너베인의 회전부에 압력측정 지점을 5개소 이상 지정하여 수차 구동시 러너베인 끝단부의 압력을 측정할 수 있도록 구성하였다. 또한 측정위치의 이동이 가능하도록 다수의 위치에 이동 부착이 가능하도록 하였다.

회전수 측정센서 (b)

회전수 측정은 Fig. 4.11에서 보이는 바와 같이 일반적이고 정밀도가 좋은 근접센스를 사용하였으며, 신뢰도는 0.2%의 허용오차를 가지는 제품을 사용하였다. 또한 4~20mA의 출력이 가능하여 제어측에서 데이터의 취합이 가능하도록 하였다.

Fig. 4.9 Schematic view of one tubular turbine arrangement for test site experiment

Fig. 4.10 Pressure gauge

Fig. 4.11 Rotation speed meter

4.1.2 실험결과

증가하는 추세를 보이다 일정한 개도 이하에서는 감소하는 데, 이는 캐비테이션 발생등의 이유로 효율이 감소하는 현상을 보이는 것이다. 수차발전기의 보호를 위해서는 정격의 개도에서 사용하는 것이 최고의 효율을 얻을 수 있음을 보이고 있다.

Fig. 4.12 Performance characteristics curve by runner vane angle variation

(a) L = 30kW

Fig. 4.13 Performance characteristics curve by flowrate variation (continued)

(b) L = 40kW

Fig. 4.13 Performance characteristics curve by flowrate variation (continued)

(c) L = 50kW

Fig. 4.13 Performance characteristics curve by flowrate variation (continued)

(d) Load variation

Fig. 4.13 Performance characteristics curve by flowrate variation

(a) L = 30kW

Fig. 4.14 Performance characteristics curve by runner vane angle variation (continued)

(b) L = 40kW

Fig. 4.14 Performance characteristics curve by runner vane angle variation (continued)

(c) L = 50kW

Fig. 4.14 Performance characteristics curve by runner vane angle variation (continued)

(d) runner vane angle variation

Fig. 4.14 Performance characteristics curve by runner vane angle variation

제 5 장 전산해석기법을 이용한 유동 특성

formation) . CFX-11 (finite volume method) 이산화하여 얻어지는 방정식을

fully implicit algebric multigrid coupled

를 이용하여 해석한다 등 고전적인 접근방법에

solver . SIMPLE segregated

비해 implicit coupling 방법은 수렴을 가속시키고 압축성 유동에 있어서,

난류모델이나 천이모델의 정밀도가 상대적으로 중요하지 않다 그러나. ,

CFX 11‐ implicit pressure based ,

요 독립변수들은 ( _ 이다 일반적으로 범용 상용코드는 위의 변) . , 수에 대해 해석을 수행하며 이는 현장에서 일반적으로 부딪히는 비압축, 성 유동의 해석이 용이하기 때문이다.

에서 실선으로 나타난 것은 일반적으로 알려져 있는 격자 즉

Fig.5.1 ,

이다 실선으로 나타낸 즉 를 다시 나누어 점선으로 표현 cell . cell, element

된 sub element‐ 를 구성하며 제어체적은 음영으로 나타낸 부분과 같이

를 둘러싼 들로 구성되며 등

node sub element‐ hex, tetra, wedge, pyramid 모든 element 형태에 대해 동일하게 적용된다 모든 변수 값과 유체의 물.

element finite element shape

이 사용된다 이러한 방식을 혹은

function . FEM based FVM element based 이라 한다 과 같이 제어 체적면에서의 적분점의 개수가 차

의 미분형태로 각 적분점의 위치에서 구배계수를 계산함으로써

서 미분항 

 를 계산한다.

(5.11)

Fig. 5.1 Mesh arrangement and terminology for dual mesh

횡류 수차

Table 5.1 Test cases by experiment and CFD analysis

Division Exp. CFD

Case 1 Case 2 Case 3

Working fluid Water

& air Water & air Water & air Water & air Number of air

0.032(A) 0.032(A) 0.032(A) 0.032(A)

Fig. 5.2 (a) Schematic view of test cross-flow turbine

Fig. 5.2 (b) numerical grid of test cross-flow turbine

해석 결과

Fig. 5.3 Water-air two phase flow in the test turbine (Case 1, volume of fraction)

Fig. 5.4 Performance curves of turbine model

Fig. 5.5 Output power analysis for the test cases

튜블러 수차

Fig. 5.6 Design image of test facility for the tubular turbine model

Fig. 5.7 Tubular turbine Runner

Fig. 5.8 Tubular turbine grid

Fig. 5.9 Pressure

Fig. 5.10 Velocity Steamline

Fig. 5.11 Velocity Vector

제 6 장 결론

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임재익 최영도 임우섭 김유택 이영호 노즐형상에 대한 횡

[11] Y.D.Choi, J.I.Lim, C.G.Kim, Y.T.Kim, Y.H.Lee, 2007, "CFD Anaysis for the Performance of Cros-Flow Hydraulic Turbine with the Variation of Blade Angle",Proc. of 5th International Conference on Fluid Mechanics, pp.428-431.

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후 기

본 연구는 산업자원부 에너지관리공단 신재생에너지기술

연구개발과제 과제명( : 팩키지형 50kW급 소형수차 발전 시스템 개발, 과제번호: 2006-N-SH02-P-01-0, 개발기간: 2006. 8. 1 ~ 2009. 7. 31)와 지식경제부 에너지관리공단 신재생에너지기술개발사업의 (과제명 ; 수도관차압을 이용한 마이크로 소수력 발전 실용화 기술개발 과제번호, :

개발기간 일환으로

2006-N-SH02-P-02-000, 2006.8.1 ~ 2009.7.31) 수행되었습니다.

팩키지형 급 소형수차 발전 시스템 개발

‘ 50kW ’

주관기관 효성 에바라 주: ( ) 위탁기관 한국해양대학교: 참여기관 한국수자원공사:

수도관차압을 이용한 마이크로 소수력 발전 실용화 기술개발

‘ ’

주관기관 : ( )주 신한정공 위탁기관 : 한국해양대학교 참여기관 : 한국수자원공사

감사의 글