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해석

SOLIDWORKS Flow Simulation에서 터빈 또는 펌프의 효율을 계산하는 방법

SOLIDWORKS Flow Simulation을 사용하면 방정식 목표(Equation Goal)를 통해 터빈 또는 펌프의 효율을 계산할 수 있습니다.

효율의 정의

펌프의 경우:

■ 유압 출력(Wp): 블레이드가 유체에 가하는 일률

■ 기계 입력(Mp): 전동기가 펌프 축에 전달하는 기계적 출력

터빈의 경우:

■ 유압 입력(Wp): 유체가 블레이드에 가하는 일률

■ 기계 출력(Mp): 터빈 축에서 얻을 수 있는 기계적 출력

이론적으로는 유압 출력과 기계 출력이 같아야 하지만, 실제 장치에서는 마찰, 난류 손실 등 여러 손실 요소로 인해 서로 다릅니다.

■ 펌프의 경우, 유압 출력(Wp)은 기계 입력(Mp)보다 작습니다.

■ 터빈의 경우, 기계 출력(Mp)은 유압 입력(Wp)보다 작습니다.

효율 계산식

이를 수학적으로 표현하면 다음과 같이 정의됩니다:

■ 펌프의 효율: eff = Wp / Mp

■ 터빈의 효율: eff = Mp / Wp

SOLIDWORKS Flow Simulation에서는 아래와 같은 방정식을 정의하여 효율을 계산할 수 있습니다.

펌프의 경우:

eff = ({SG Av Total Pressure Out} - {SG Av Total Pressure In}) * {SG Volume Flow Rate In} / ({OZ torque Z} * Rotation)

터빈의 경우:

eff = ({OZ torque Z} * Rotation) / (({SG Av Total Pressure Out} - {SG Av Total Pressure In}) * {SG Volume Flow Rate In})

각 항목의 정의

■ {SG Av Total Pressure Out}: 출구 표면에서의 총압 평균 [Pa]

■ {SG Av Total Pressure In}: 입구 표면에서의 총압 평균 [Pa]

■ {SG Volume Flow Rate In}: 입구에서의 체적 유량 [m³/s]

■ {OZ torque Z}: 회전체 표면에서 Z축을 기준으로 발생하는 토크 [Nm]

■ Rotation: 회전 속도 (각속도) [rad/s]

참고사항

이 계산식은 모터 내부의 마찰, 전기 저항에 의한 줄열(Joule heating), 전력 손실 등은 고려하지 않습니다.

따라서 실제 모터의 전력 소비량이나 터빈의 발전 전력을 정확하게 계산하는 것은 불가능합니다.

효율은 단위가 없는 무차원 수이며, 일반적으로 0~1 (또는 0%~100%) 사이의 값을 가집니다.

고효율 펌프 또는 터빈의 경우, 일반적으로 80%~90% 수준(0.8~0.9)이 최대 효율에 해당합니다.

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