연료 매니폴드내의 분리판 장착에 따른 분사균일성 비교

Comparison of Injection Uniformity as the Dividing Plate Installation in Fuel Manifold

분사면 냉각성능을 개선하기 위한 액체로켓 엔진 연료 매니폴드내의 분리판 설치에 따른 분사균일성 변화를 관찰하였다. 3차원 전산유동해석으로 5개 후보 설계에 대하여 분사균일성을 비교하였으며 최적설계에 대하여 측정결과와 비교함으로써 해석방법을 검증하였다. case I과 II는 매니폴드로 공급되는 유량 전체가 분리판 아래로만 흘러 유속이 크게 증가한다. 하지만 분리판이 끝나는 지점에서의 유속변화와 분사면 중심에서의 유량의 집중으로 분사균일성이 크게 저하된다. 이에 비해 분리판이 입구에서 떨어져 장착된 case III와 IV는 유동이 분리판 위, 아래로 흐를 수 있어 유량집중이 완화되므로 균일한 분사특성을 가진다. 비교한 5가지 설계 중 냉각성능과 분사균일성 측면에서 case IV가 최적으로 판단된다.

The injection uniformity of the fuel manifold in a liquid rocket engine has been analyzed with dividing plates to improve the cooling performance at the face plate. Three dimensional computational fluid dynamics analysis has been performed to compare the injection uniformity for 5 candidate designs and has been verified to compare with the measured data for the optimal manifold design. For the case I and II, the coolant mass flux increases as the whole working fluid is enforced to flow under the dividing plate. The injection uniformity decreases due to the variation of mass flux at the end of dividing plate and the concentration of mass flow rate at the center of manifold. However case III and IV have uniform injection performance due to reduced mass flux concentration as the coolant can flow along both upper passage and lower passage of the dividing plate. Among the candidate designs, case IV is thought to be the optimal dividing plate with regard to cooling performance and injection uniformity.