비압축성 재생형 기계에 대한 운동량 교환 이론의 개선에 관한 연구

Abstract

운동량 교환 이론을 바탕으로 하여 재생형 기계 내부에서 발생하는 순환 유량을 예측할 수 있는 새로운 수학적 모델을 개발하였다. 이를 위해 순환 중심이라는 개념을 새롭게 도입하였으며, 각운동량 산출에 필요한 평균 유선 반경 및 미끄럼 계수, 유효 순환 유량에 대한 모델을 새롭게 제시하였다. 본 연구를 통해 전체 성능 예측 뿐만아니라 원주 방향으로 발달하는 국부적인 정압 분포까지 예측이 가능하게 되었다. 본 연구를 통해 제시되는 해석 모델의 타당성을 입증하기 위해 두 종류의 재생형 송풍기에 대한 실험을 수행하였다. 실험 결과와의 비교를 통해, 전체 성능은 물론 국부 압력 분포까지 잘 예측되었음을 확인하였다. 본 연구에서 개발된 성능 예측 모델을 이용하여 재생형 기계에 대한 수력학적 설계를 처음으로 수행하였다. 임펠러 설계에 필요한 베인 개수 설계식 및 베인 높이, 베인 두께, 팁 간극, 채널 폭 등에 대한 설계식을 제작하였다. 설계 대상으로는 최근 연구가 고조되고 있는 인공심장용 혈액 펌프를 선정하였다. 혈액 펌프의 설계 사양은 비속도가 낮으며, 재생형 기계는 낮은 비속도 영역에 적합하기 때문에 좋은 설계 대상으로 판단된다. 설계된 재생형 펌프에 대한 실험 결과는 설계 예측 결과와 잘 일치하였다. 이는 본 연구를 통해 제시되는 해석 모델의 타당성을 입증한다고 할 수 있다.