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Dynamics >>21
Dalibor
Cavar, Dan N. Sørensen, Jens N. Sørensen, Technical
University of Denmark
Waveplane은
직관에서 접선방향으로 바닷물을 유입하기 위해 중력을 이용함으로써
바닷물의 파도에 의한 에너지를 얻습니다. 관 내에서 Swirling Flow가
생성되고 Hydraulic Axial Turbine은 에너지를 추출해냅니다(그림 1
참조). Turbine에서 유동에 영향을 주는 단면에 대한 스케일 모델은
‘The Technical University of Denmark’에서 만들었으며 Axial Turbine에서의
유입량을 최적화하기 위한 목적으로 집중적인 실험에 대한 투자가
실시되었습니다.
Turbine
관 유동 내부의 Swirling Flow는 강한 비대칭이며, Turbine의 효율을
감소시킵니다. CFD에 의해 이를 조사하기로 결정되었습니다. 수치해석적
연구는 주로 Turbine의 상류 유동에 초점을 맞추었습니다. Turbine 자체는
계산에서 제외하였습니다. 그림 2는 수치해석에 필요한 격자의 외형
및 설정을
보여줍니다.
대부분의
RANS 모델은 큰 Swirl Angle을 가진 내부 난류 유동을 정확히 묘사할
수 없습니다. 그리고
축대칭 Swirling Flow의 기존 측정값에 대한
사전 테스트는 STAR-CD에서 적합한 광범위한 난류
모델의 선택의
부재가 꽤 적절하다는 것을 보여줍니다. Turbulent Kinetic Energy e의
소산에 대한
방정식의 보정이 필요했습니다. 이는 Richardson Number에
기초한 User-Programming에 의해
보충되었습니다. 축대칭 결과는
Duct 중심에서의 낮은 Turbulent Viscosity에 의해 명백히 향상되
었습니다.
Swirl에
대한 보정은 현재 연구의 Turbine 관에서의 축대칭이 아닌 유동에 대해
사전에 알려지지 않은
Rotational Center의 지식을 필요로 합니다.
이를 회피하기 위해 Duct 내의 Turbulent Viscosity의
원주방향
분포는 Supply Funnel에서의 축대칭 케이스에서의 분포로 특성화되었습니다.
K-w SST 모델
이 사용되었으며 두 모델 사이의 적절한 천이 구간이
적용되었습니다.
그림
3은 Turbine의 위치 근처에서 측정한 축 및 접선방향 속도분포를 나타냅니다.
이 결과는 k-e
모델에 의해 얻어진 결과보다 월등하게 좋은 결과를
보여주고 있습니다. 그림 4a는 관을 따라가는 Swirl
Center와 비대칭
유동이 분명히 나타나는 것을 보여줍니다. 유동을 좀 더 대칭성이 있게
만들기 위해
다양한 변경값이 수치적으로 테스트되었습니다. 그림
4b는 Funnel의 각도를 90°로 변경하였을 경우와 관으로 270°
연장한 Funnel 안쪽의 얇은 판을 삽입한 결과입니다.
이러한
변경사항은 유동을 더욱 더 적은 비용이 소요되는 대칭형으로 만들어줍니다.
STAR-CD를 이용한
Technical University of Denmark의 결과에서,
이 변경은 Waveplane의 에너지 보존 효율을 증가
시키는 효과가 있습니다.
For
further information, contact: dns@mek.dtu.dk or visit www.waveplane.com
보다
상세한 정보가 필요하면 dns@mek.dtu.dk로 메일을 주시거나 www.waveplane.com을
방문하세요.
Fig 2: Computational domain
Figs 3a and 3b: Velocity profiles
Fig
4: Flow core region. A: base case; B: modified case
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