[2판]유체기계

국내에 소개된 여러 터보기계 관련 서적을 검토하면서 유체역학적인 기본 이론과 설계, 

산업 현장에 적합한 기계의 선정 등을 폭넓게 다루는 교재를 선정하려고 노력하던 중에 Wright 박사와 Gerhart 박사가 저술한 서적을 접하게 되었다. 

본 교재에서는 상사 법칙부터 터보기계의 기본 이론, 소음, 2차원 및 3차원 유동에 이르는 광범위하지만, 터보기계를 처음 접하는 학생이나 공학자가 기본적으로 알아야 하는 내용들을 다루고 있다. 

본 교재의 가장 큰 특징은 터보기계 관련 이론의 소개와 유도뿐만 아니라 이 이론들을 실제 산업에 적용하는 방법을 설명하고 있다는 것이다. 

그 예를 들면, 대표적인 산업용 터보기계인 홴과 펌프에 대해 제작사에서 제시한 카탈로그를 활용하여 주어진 조건에 적합한 기계를 선정하는 과정을 상세히 설명하고 있다.

또 속도 삼각형과 오일러 방정식으로 모든 터보기계의 에너지 전달 과정을 설명할 수 있다는 장점을 반영하여 여러 종류의 터보기계를 동일한 원리로 설명하고, 이러한 내용을 하나의 장에 정리하여 각 기계의 유사점과 차이점을 비교하기 쉽게 설명하고 있다. 4장의 소음과 9장의 준3차원 유동, 10장의 일부 내용은 학부에서 다루기에는 조금 어려운 내용이지만, 다른 부분들은 학부 고학년 수준의 학습이 충분히 가능하리라고 판단된다.

이와 같이 터보기계 관련 기초 이론부터 다양한 장치의 설계 및 사양 결정 과정을 포함하는 체계적이고 실용적인 내용을 터보기계 관련 공부를 이제 막 시작하는 독자들에게 좀 더 쉽게 알려주고 싶은 작은 소망에서 번역을 시작하게 되었다. 번역에서 가장 큰 주안점은 실제로 학계와 산업계 현장에서 많이 쓰이는 용어들을 사용하는 것이었다. 

예를 들어, airfoil은 깃이나 익형보다는 에어포일로 그대로 표현하였다. 또 영문의 직역보다는 독자들의 이해가 쉽도록 풀어서 설명하고자 노력하였다. 역자들의 노력에도 불구하고 영어를 한국어로 번역하는 과정에서 기대에 미치지 못하는 점이 있을 것으로 생각되지만 역자의 바람대로 터보기계를 처음 접하는 독자에게 좋은 참고 자료가 되기를 바란다.

제1장 서론

1.1 서문

1.2 열역학과 유체역학

1.3 단위와 용어

1.4 열역학적 변수 및 물성

1.5 가역 과정, 비가역 과정, 완전기체의 효율

1.6 유체역학 및 열역학 방정식

1.7 터보기계

1.8 분류

1.9 터보기계의 성능 및 등급

1.10 액체 펌프의 등급 및 성능

1.11 압축성 유동 기계

1.12 전형적인 성능 곡선

1.13 기계 및 시스템

1.14 요약

제2장 터보기계의 차원 해석과 상사

2.1 차원(Dimensionality)

2.2 상사(Similitude)

2.3 무차원수와 파이 정리

2.4 터보기계의 무차원 성능 변수와 상사

2.5 압축성 유동의 상사 법칙

2.6 비속도와 비지름

2.7 터보기계와 Cordier 선도의 상관관계

2.8 요약

제3장 상사법, 한계, 공동현상

3.1 성능의 상사

3.2 레이놀즈수와 표면 거칠기에 대한 한계와 보정

3.3 압축성(마하수) 한계와 보정

3.4 펌프(그리고 터빈)에서 공동현상의 회피

3.5 요약

제4장 터보기계의 소음

4.1 서문

4.2 소리와 소음

4.3 홴 소음

4.4 음향 출력과 음압

4.5 실외 전파

4.6 실내 전파

4.7 펌프 소음 관련 참고 사항

4.8 압축기와 터빈 소음

4.9 요약

제5장 성능 추정, 기계 선정 및 예비 설계

5.1 예비적 고찰

5.2 Cordier 선도 및 기계 유형

5.3 효율 추정

5.4 예비 기계 선정

5.5 공급업체 데이터를 이용한 홴 선정

5.6 공급업체 데이터를 이용한 펌프 선정

5.7 가변 피치 및 가변 흡입 베인 홴의 선택

5.8 요약

제6장 터보기계 내부 유동의 기초

6.1 서문

6.2 블레이드 및 캐스케이드 형상

6.3 속도 삼각형(Velocity Diagram)

6.4 로터에서의 에너지(일) 전달

6.5 일, 양정(Head), 압력 및 효율

6.6 축류 홴의 예비 설계

6.7 확산에 대한 고려 사항

6.8 축류 기계에서의 확산 제한

6.9 반경류 기계의 예비 설계 및 확산 제한

6.10 요약

제7장 속도 삼각형 및 유로 구성

7.1 서문

7.2 축류 기계에 대한 속도 삼각형의 변수

7.3 축류 펌프, 홴 및 압축기

7.4 축류 터빈

7.5 축류 기계에 대한 허브-팁 변화

7.6 반경류 및 혼합류 터보기계

7.7 혼합류 터보기계 예제

7.8 반경류 설계: 원심 블로워

7.9 반경류 설계: 원심 펌프

7.10 반경류 설계: 터보차저 부품

7.11 디퓨져와 볼류트

7.12 축류 디퓨져

7.13 반경류: 볼류트 디퓨져

7.14 요약

제8장 2차원 캐스케이드

8.1 1차원, 2차원 및 3차원 유동 모형

8.2 축류 캐스케이드: 기본 기하학적 구조와 단순 유동 모형

8.3 체계적인 축류 캐스케이드의 유동 연구

8.4 캐스케이드 성능에 대한 관계식

8.5 블레이드수와 낮은 고형비의 캐스케이드

8.6 확산 한계 및 캐스케이드 선정

8.7 확산 캐스케이드의 손실

8.8 축류 터빈 캐스케이드

8.9 반경류 캐스케이드

8.10 원심형 캐스케이드의 고형비

8.11 요약

제9장 준3차원 유동

9.1 준3차원 유동 모형

9.2 축류형 기계의 단순화된 반경 방향 평형

9.3 SRE 근사해

9.4 불균일 유입에 대한 적용

9.5 원심형 기계에 대한 Q3D 모형

9.6 단순한 기법들

9.7 요약

제10장 성능과 설계의 심화 주제

10.1 서론

10.2 주유동 난류 강도

10.3 이차 유동과 3차원 유동 효과

10.4 축류 캐스케이드에서 낮은 레이놀즈수의 영향

10.5 실속, 서지, 안정성 상실

10.6 터보기계 분야의 전산 유체 해석

10.7 요약

부록

Terry Wright

Philip M. Gerhart

곽재수

한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부 교수

김윤제

성균관대학교 기계공학부 교수

김진혁

한국생산기술연구원 청정기술연구소 청정에너지시스템연구부문 수석연구원

윤준용

한양대학교 기계공학과 교수

최민석

명지대학교 기계공학과 교수