이차원 초음속 이젝터 유동에 대한 수치해석적 연구

Numerical Study of Two-Dimensional Supersonic Ejector Flows

본 연구에서는 기존에 수행되었던 초음속 이젝터에 대한 실험적 연구 및 수치계산 결과에 대한 타당성을 검증하고, 이젝터 유동을 보다 명확히 해석하기 위하여 이젝터 목을 가지는 초음속 이젝터 유동 장에 대하여 k-$\varepsilon$ 난류모델을 적용하였다. 수치계산은 3~200까지의 매우 넓은 범위의 이젝터 작동 압력비에 대하여 수행되었으며, 수치계산 결과들은 이젝터 내부의 유동특성들을 조사하는데 이용되었다. 계산결과, 이젝터 압력비가 6 이상인 경우 이젝터 내부에서 발생하는 유동장은 이젝터 압력비에 크게 의존하지 않는다는 것을 알았다. 본 연구에서 사용된 단순 형태의 초음속 이젝터에 대하여, 2차 정체실의 압력은 이젝터 압력비가 6인 경우에 약 7k㎩로 최소로 되었다. 그러나 이젝터 압력비가 6이상으로 증가하는 경우 2차 정체실의 압력은 증가하는 것으로 나타났다. 이와 같은 2차 정체실의 압력증가는 1차 노즐로부터 방출되는 부족팽창 제트유동이 이젝터 벽면에 충돌함으로써 발생하는 재순환 유동으로 설명할 수 있었다.

Industrial ejector system is a facility to transport, to compress or to pump out a low pressure secondary flow by using a high pressure primary flow. An advantage of the ejector system is in its geometrical simplicity, not having any moving part, compared with other fluid machinery. Most of the previous works have been performed experimentally and analytically. The obtained data. are too insufficient to improve our current understanding on the detailed flow field inside the ejector. In order to provide more comprehensive data on this ejector flow field, two-dimensional computations using Reynolds-averaged Navier-Stokes equations were performed for a very wide range of operating pressure ratio of the supersonic ejector with a secondary throat. The current results showed that the supersonic ejector system has an optimum pressure ratio for the secondary flow total pressure to be minimized. The numerical results clearly revealed the shock system, shock/boundary layer interaction, and secondary flow entrainment inside the supersonic ejector.