Multi-phase CFD 해석기법을 이용한 수중 방사형 임펠러의 최적화

본 연구는 정체수역에 적용되고 있는 물순환장치 수중 방사형 임펠러의 혼합 및 확산해석을 위해 Multi-phase CFD기법을 활용하였다. 본 연구에 적용된 물순환장치 수중 방사형 임펠러는 수표면에서의 Jet흐름에 의한 대기접촉 및 흐름이 발생되며, 표층아래의 물을 표면으로 이송할 수 있도록 선회류를 발생시켜 혼합하는 기능이 있다. 따라서, 본 연구에 적용된물순환장치의 특성이 반영된 CFD해석을 하기 위해 대기층과 물층 그리고 토출되는 Jet 흐름을 다른 층으로 구분하여Multi-phase 기법을 적용하였다. 또한, 임펠러는 수면에서의 가동위치에 따라 Mode를 변경하고 회전속도를 가변할 수 있도록만들었다. 본 연구에서는 model I를 기준으로 날개의 각도 및 크기, 유입부 각도, 토출부의 각도 등의 설계값을 변화시켜 임펠러의 최적화를 위한 CFD해석을 하였다. 또한, 정상상태 및 비정상상태 조건에서 각 model의 VOF 해석을 이용하여 토출량, 각도, 속도, 축동력을 분석하였으며, 동력대비 순환 확산 효율을 검증하고, 현장 적용이 가능한 임펠러 설계 최적화 인자를 도출하였다. This study used multi-phase CFD (Computational Fluid Dynamics) technique to analyze the underwater radial impeller of the water circulator applied to the stagnant watershed. The impeller of the water circulation system has a function of generating atmospheric contact and flow by the jet on the water surface and generating a swirling flow so that the water below the surface layer can be transferred to the surface. Therefore, we applied the multi-phase technique to separate the atmospheric layer, the water layer, and the discharged jet flow layers in order to perform the CFD analysis that reflects the characteristics of the water circulator applied to this study. In addition, the impeller was designed to change the mode and vary the rotational speed according to the position at the water surface. In this study, CFD analysis for the optimization of the impeller was performed by changing the design values such as the angle and size of the wing, the inlet angle, and the outlet angle based on the model I. In addition, the VOF(Volume of Fraction) analysis of each model was used to analyze the discharge amount, angle, speed, and shafting force in steady state and unsteady state condition. KCI Citation Count: 3