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영어

This study experimentally investigated the effects of runner stages on the performance of a cylindrical gravitational vortex turbine with a free water surface. Single-, two-, and three-stage runners were tested to evaluate vortex characteristics and power generation performance. The results showed that increasing the number of runner stages enhanced vortex strength and stability, with the average circulation parameter increasing from 0.35 m2/s to 0.49 m2/s and the average vortex height from 20.2 cm to 21.2 cm. The three-stage runner exhibited the highest tangential velocity and rotational speed, indicating improved recovery of rotational flow energy. Maximum electrical power outputs were 2.57 W, 2.74 W, and 3.60 W for the single-, two-, and three-stage runners, respectively. The maximum power point shifted from 244 rpm to 376 rpm as the runner stages increased. These findings suggest that the multi-stage runner enhances vortex stability and delays vortex breakdown, thereby improving power output and expanding the optimal operating range.

한국어

본 연구에서는 자유수면이 존재하는 원통형 중력 와류 수차의 성능에 미치는 러너 단수의 영향을 실험적으로 분석하였다. 이를 위해 단일, 2단 및 3단 러너 구조를 적용하여 와류 특성과 발전 성능을 평가하였다. 실험 결과, 러너 단수가 증가할수록 평균 순환매개변수는 0.35 m2/s에서 0.49 m2/s로 증가하였으며, 평균 와류 높이도 20.2 cm에서 21.2 cm로 증가하여 와류강도와 안정성이 향상되는 것으로 나타났다. 또한 3단 러너는 가장 높은 접선속도와 회전속도를 나타내어 회전 유동에너지의 회수 효율이 향상됨을 확인하였다. 최대 전기출력은 단일, 2단 및 3단 러너에서 각각 2.57 W, 2.74 W 및 3.60 W로 측정되었으며, 최대전력점은 244 rpm에서 376 rpm으로 고회전 영역으로 이동하였다. 이러한 결과는 다단 러너 구조가 와류 안정성을 향상시키고 와류 붕괴를 지연시킴으로써 출력 향상과 최적 운전영역 확대에 효과적임을 보여준다.

목차

요약
Abstract
1. 서론
2. 이론적 배경
2.1 와류 수차의 에너지 변환 원리
2.2 실험 장치와 방법
3. 실험 결과
3.1 와류 높이와 와류 강도 변화
3.2 접선속도와 블레이드 회전속도 변화
3.3 출력과 토크
3.4 전압 및 전류특성
3.5 와류 붕괴 메커니즘 분석
4. 결론
사사
References

키워드

저자

• 김종우 [ Jong-Woo Kim | 서일대학교 건설시스템공학과 ] Corresponding Author
• 최인호 [ In-Ho Choi | 서일대학교 건설시스템공학과 ]
• 정기수 [ Gi-Soo Chung | 한국생산기술연구원 ]

참고문헌

발행기관

간행물

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• 간행물명

  한국습지학회지 [韓國濕地學會誌]

• 간기

  계간

• pISSN

  1229-6031

• eISSN

  2384-0056

• 수록기간

  1999~2026

• 등재여부

  KCI 등재,SCOPUS

• 십진분류

  KDC 472 DDC 570