초록
케로신/액체산소 추진기관을 갖는 KSR-III 로켓의 플룸 유동장에 대하여 로켓 동체/플룸 유동장에 대한 통합적인 해석을 수행하였다. 기체 열-화학 모델이 유동장에 미치는 영향을 평가하여 로켓 유동장을 해석하는 목적에 가장 적합한 기체 모델을 제시하기 위하여 열량적 완전기체, 다윈 화학종 반응기체, 그리고 화학적 동결기체의 세 가지 기체 모델을 사용하여 유동장을 해석하고 그 차이를 검토하였다. 반응유동 해석 결과는 노즐 내부에서의 화학반응에 의한 연소가스의 온도 증가로 인해 다른 기체 열화학 모델에 비해 전체적으로 더 높은 온도 분포를 나타내었다. 플룸에서의 모든 화학반응은 전단류와 배럴 충격파 반사지점 후방의 고온 영역에 국한되어 일어났으며, 본 해석의 경우 플룸 내에서의 유한속도 화학반응이 유동에 미치는 영향은 미약한 것으로 나타났다. 그러나 본 연구에서 이루어진 유한속도 화학반응을 고려한 플룸 해석을 통하여 플룸에서의 주된 화학반응 및 반응 메커니즘을 확인할 수 있었다.
An integrated analysis of kerosine/LOX based KSR-III rocket body/plume flowfield has been performed. The analysis has been executed employing three kind of gas thermo-chemical models including calorically perfect gas, multiple species chemically reacting gas, and chemically frozen gas models and their effect on rocket flowfield has been accessed to provide the most appropriate gas thermo-chemical model which meets a specific purpose of performing rocket body and plume analysis. The finite-rate chemically reacting flow solution exhibited higher temperature throughout the flowfield than other gas models due to the increased combustion gas temperature caused by the chemical reactions within the nozzle. All the reactions were dominated only in the shear layer and behind the barrel shock reflection region where the gas temperature is high and the effect of finite-rate chemical reactions on the flowfield was found to be minor. However, the present plume computation including finite-rate chemical reactions revealed major reactions occurring in the plume and their reaction mechanisms and as well.
