막냉각 모델을 이용한 재생냉각 연소기 성능/냉각 해석

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

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.

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.