Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences (한국항공우주학회지)

The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences (한국항공우주학회)
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Transient Heat Transfer and Structural Analyses for the Turbopump Turbine of a Liquid Rocket Engine

액체 로켓 터보 펌프 터빈의 천이 열전달 및 구조 해석

  • 유재한 (한국과학기술원 항공우주공학과 대학원) ;
  • 최지훈 (삼성전자 DA연구소 요소기술 그룹) ;
  • 이인 (한국과학기술원 항공우주공학과) ;
  • 한재흥 (한국과학기술원 항공우주공학과) ;
  • 전성민 (한국항공우주연구원) ;
  • 김진한 (한국항공우주연구원)
  • Published : 2004.04.01
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Abstract

Thermal and structural finite element analyses were performed for the turbopump turbine bladed disk model with shroud of a liquid rocket engine. The only 1/80 part model was analyzed which consists of 3D eight node isoparametric solid elements. The applied loading history consists of a startup condition with a thermal spike and a steady state. Heat transfer coefficient on the blade was predicted using the commercial Navier-Stokes solver, Fluent. Transient thermal responses during startup and steady states were calculated using a 3D finite element code developed. Maximum stress and shroud tip displacement under the influence of centrifugal and thermal loading were also determined.

유한요소법을 이용하여 액체 로켓 엔진 터보 펌프 터빈의 천이 열전달 및 구조 해석이 수행되었다. 해석 모델은 3차원 8절점 등매개변수 솔리드 요소로 구성되었으며, 전체 모델의 1/80만이 해석되었다. 열 스파이크를 포함하는 시동 조건과 정상상태에서의 하중이 고려되었다. 블레이드 면 위의 열전달 계수는 상용 열유동 해석 프로그램인 Fluent를 이용하였다. 개발된 유한 요소 코드를 이용하여 시동 및 정상상태에서 천이 열전달 응답을 구하였다. 또한, 원심력과 열하중이 가해질 때, 최대 응력 및 슈라우드의 변위를 구하였다.

Keywords

References

  1. Griffin, J. W., and Dorney, J. D., "Simulations of Unsteady Flow Through the Fastrac Supersonic Turbine," Journal of Turbomachinery, Vol. 122, 2000, pp. 225-233. https://doi.org/10.1115/1.555453
  2. He, L., "Computation of Unsteady Flow Through Steam Turbine Blade Rows at Partial Admission," Journal of Power and Energy, Vol. 211, 1997, pp. 197-205. https://doi.org/10.1243/0957650971537105
  3. Larsson, J., Eriksson, L., and Hall, U., "External Heat Transfer Predictions in Supersonic Turbines Using the Reynolds Averaged Navier-Stokes Equations," in Proceedings from the 12th ISABE Conference, Melbourne, 1995.
  4. 이은석,김진한,양수석, "초음속 충동형 터빈 익형의 공력 성능 향상을 위한 기하학적 설계변수 수치연구", 한국항공우주학회 추계 학술발표회 논문집(II), 2002, pp. 1085-1092.
  5. Bahree, R, Sharan, A. M., and Rao, J. S., "The Design of Rotor Blades Taking Into Account the Combined Effects of Vibratory and Thermal Loads," Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 111, 1989, pp.610-618. https://doi.org/10.1115/1.3240297
  6. Abdul-Aziz, A., "Structural Evaluation of a Space Shuttle Main Engine (SSME) High Pressure Fuel Turbopump Turbine Blade," NASA CR-198428, 1996.
  7. 전성민,김진한,양수석,이대성, "액체로켓 터보펌프 터빈 구동 터빈의 구조 강도 및 진동 안전성에 관한 연구", 한국항공우주학회 추계 학술발표회 논문집 (I), 2002, pp. 218-221.
  8. Fluent Inc., Fluent 6 User's Guide, Fluent Inc., Lebanon, 2001.
  9. Ozisik, N. M., Heat Conduction, Wiley, New York, 1980.
  10. Owen, J. M. and Rogers, R. H., Flow and Heat Transfer in Rotating-Disc Systems, Research Studies Press, Somerset, 1989.

Cited by

  1. Weapon Systems for the implementation of an effective Modeling ＆ Simulation on the use of computational fluid dynamics research vol.12, pp.8, 2011, https://doi.org/10.5762/KAIS.2011.12.8.3492