Investigation of Turbulent Flow Effect in Segmented Arc Heater

Flows in segmented arc-heaters have been calculated for prediction of experimental operating condition or for analysis and design of arc-heater itself. Some researchers succeeded in calculating accurately inner flows of a arc-heater, but could not made mathematical models which satisfy various operating conditions for many arc-heaters. this study is forced on turbulence for the generality of mathematical model. Instead of algebraic turbulence models which are frequently used for calculating inner flow of arc-heater, two equation turbulent models are used. Prediction results agree well with experiment data and it was confirmed that $k-\varepsilon$ two equation turbulence model is appropriate for a flow in an arc heater throughout extensive numerical testing.

아크히터 내부의 난류 효과에 대한 고찰

아크히터의 작동특성을 예측하고 아크히터 자체의 설계와 해석을 위해, 세그먼트 아크히터(segmented arc-heater)의 내부 유동을 계산하였다. 지금까지 몇몇 연구자들이 아크히터 내부 유동을 수학적으로 모델링하여 일부 아크히터의 내부 유동을 정확하게 계산하는데 성공하였지만, 다양한 아크히터의 여러 운용 조건을 모두 만족하는 수학적 모델을 완성하지 못했다. 본 연구에서는 수학적 모델링의 범용성 확보를 위해, 아크 히터 내부의 난류 유동에 중점을 두었다. 기존의 대수 난류 모델을 대신하여 세 개의 2방정식 난류를 사용하였으며, 계산 결과 $k-\varepsilon$ 난류 모델이 아크히터 내부의 유동을 모사하는데 적합하다는 것을 확인했으며, 난류가 아크히터 유동을 특성을 좌우하는 중요한 요소 중에 하나라는 것을 밝혔다.