초록
하이브리드 로켓 연소에서 발생하는 산화제 난류 유동과 연료의 기화로 인한 분출유동 사이의 상호 간섭은 매우 복잡하고 특별한 유동 간섭을 일으킨다. 이를 연구하기 위하여 연소반응을 제외하고, 산화제의 난류 유동과 연료 벽면에서의 분출 유동을 모사한 채널 유동에 대한 LES 해석을 수행하였다. 고체추진 로켓의 연소 과정에서 관찰되는 현상과 매우 흡사하게 벽면 근처에서 특정주파수로 진동하는 유동 현상이 존재한다는 것을 확인하였고, 산화제와 분출 유동의 간섭에 기인한 유동의 진동현상은 벽면 근처의 매우 얇은 영역에서만 존재하였다. 큰 길이 스케일의 유동현상을 보여주는 압력 섭동장으로부터 채널 내 주유동이 특정 주파수 특성을 갖고 하류로 진행해 가는데, 이는 산화제 유동이 분출유동과 상호작용을 하면서 발생된 전단유동의 특성을 나타낸 것이다. 그러나 하이브리드 로켓 연소실 유동의 진동 특성은 고체 추진 로켓에서 관찰되는 유동 특성과는 달리, 진동의 강도가 벽면에서 온도 구배를 변화시켜 열전달의 향상을 발생시키기에는 충분하지 못한 것으로 보인다. 그러나 벽면 근처에서 특정 주파수 특성을 갖는 유동현상이 존재한다는 사실은 비슷한 크기의 주파수를 갖는 음향 가진과 같은 외부교란이 작용한다면 공진으로 발전할 수 있는 가능성을 의미한다.
The interaction between wall blowing and oxidizer flow can generate a very complicated flow characteristics in combustion chamber of hybrid rockets. LES analysis was conducted with an in-house CFD code to investigate the features of turbulent flow without chemical reactions. The numerical results reveal that the flow oscillations at a certain frequency exists on the fuel surface, which is analogous to those observed in the solid propellant combustion. However, the observation of oscillating flow at a certain frequency is only limited to a very thin layer adjacent to wall surface and the strength of the oscillation is not strong enough to induce the drastic change in temperature gradient on the surface. The visualization of fluctuating pressure components shows the periodic appearance of relatively high and low pressure regions along the axial direction. This subsequently results in the oscillation of flow at a certain fixed frequency. This implies that the resonance phenomenon would be possible if the external disturbances such as acoustic excitation could be imposed to the oscillating flow in the combustion chamber.
