가스터빈 이차유로 구조의 밀봉을 위한 래버린스 실 구조물에 대한 유동해석을 CFD 를 활용하여 수행하였다. 가장 기본적인 형태를 띠고 있는 직선형 래버린스 실 및 복잡한 유동구조의 형성을 위한 엇갈린 구조물, 계단식 구조물이 추가된 엇갈린 래버린스 실 및 계단식 래버린스 실에 대한 해석을 수행하고 누설량 저감 성능 평가를 수행하였다. RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes) 기반의 모델인 Standard kepsilon 모델 및 RSM(Reynolds Stress Model) 모델, LES(Large Eddy Simulation)를 활용한 유동해석을 수행하고 그 결과를 등엔트로피 유량에 대한 실제 유량의 비인 토출계수를 활용하여 비교하였다.
직선형 및 엇갈린 래버린스 실은 6 개, 계단식 래버린스 실은 5 개의 이빨 구조물을 포함하고 있으며 계단식 래버린스 실은 케이싱에 위치한 계단식 구조물의 영향으로 기울어진 형상을 갖는다. 구조물 높이, 구조물 위치, 발전된 래버린스 실에서의 공동 폭 등을 변화시키며 토출계수에 미치는 영향을 유동구조 변화에 기반하여 분석하였다.
LES 해석을 통해 RANS 기반 모델의 해석 결과를 검증하였으며, RANS 기반 모델을 활용한 해석 결과에서 간극 부분에 과도한 난류운동에너지의 생성이 예측되는 현상이 나타났다. 이는 RANS 기반 모델의 지배방정식인 난류운동에너지 수송방정식에 포함되어 있는 Production term by shear stresses 와 Production term by normal stresses 에 기인하는 것을 확인하였으며, 이러한 오차를 배제하고 전반적인 유동 영역에서 정확한 난류운동에너지를 예측하기 위해서는 LES 해석이 필수적임을 규명하였다.
난류운동에너지 생성 및 소산에 대한 정확한 예측이 가능한 LES 해석을 활용해 Vorticity magnitude 를 기반으로 선정된 16 개의 지점에서의 난류운동에너지 Oscillation 과, 토출계수의 Oscillation 을 비교하는 방식으로 유동구조가 토출계수에 미치는 영향력을 분석하였다. 수집된 난류운동에너지 데이터를 FFT(Fast Fourier Transform)를 활용하여 에너지 스펙트럼 상에 나타내고, 이를 토출계수를 FFT 한 결과와 비교하여 동일한 주파수를 갖는 유동구조를 특정하였다. 축이 정지한 상황과 축이 20,000 RPM 으로 회전하는 경우로 나누어 분석하였으며, 축이 정지한 경우에서의 공동 및 간극에서의 난류운동에너지가 미치는 영향력과 축이 회전하는 경우 영향력의 입출구 영역으로의 이동에 대해 논의하였다.