Film Cooling Modeling for Combustion and Heat Transfer within a Regeneratively Cooled Rocket Combustor

막냉각 모델을 이용한 재생냉각 연소기 성능/냉각 해석

Film cooling technique has been applied to effectively reduce thermal load on liquid rocket combustion chambers by direct injection of a portion of propellant, which flows through the regeneratively cooling channels, into the chamber wall. This study developed a comprehensive model to quantitatively predict the effects of kerosene film cooling on propulsive performance and wall cooling at supercritical pressure conditions, and assessed the predictive capability against hot-firing tests of an actual combustor. The present model is expected to be utilized as a design and analysis tool to meet the conflicting requirements in terms of performance, cooling, pressure loss and weight.

막냉각은 재생냉각채널을 통과하는 추진제의 일부를 연소실 벽면으로 선회 분사하여 연료 과잉 혼합층을 형성함으로서, 벽면 열유속을 감소시키는 효과적인 냉각 방식이다. 본 연구에서는 초임계 압력 조건하에서 분사되는 케로신 막냉각이 재생냉각 연소기 내부의 연소와 냉각 특성에 미치는 영향을 정량적으로 예측할 수 있는 해석모델을 개발하였으며, 실제 연소기 시제품에 대한 연소시험 결과와 비교하였다. 지속적인 모델의 개선을 통해 향후 냉각설계안에 따른 성능, 냉각, 압력손실, 그리고 무게 등과 같은 상반된 요구조건을 종합적으로 비교/분석하는 설계도구로 활용될 것으로 기대된다.