Kim, Kuk-Jin;Heo, Jun-Young;Kim, Jong-Chan;Koo, Ja-Ye;Sung, Hong-Gye
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.14
no.3
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pp.39-51
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2010
Theoritical principles about the real gas equation of state are investigated and comparisons for the thermophysical properties of oxygen, hydrogen, and methane as the propellants of liquid rocket engine are carried out for the various conditions of pressure and temperature including supercritical conditions. The properties obtained using the real gas equation of state(Soave modification of Redlich-Kwong, Peng-Robinson equation of state, and extended corresponding states principle) have been compared with the results of applying the ideal gas equation of state. Differences of thermophysical properties among the models specifically at the liquid phase regime and their error ranges are addressed.
Using the free volume of van der Waals equation, Carnahan-Starling equation for hard spheres, Wilson equation for nonrandom mixing of solution, NRTL equation and our equation, several new equations of states for pure gases are derived. Using these equations, compressibility factors for pure gases are calculated and compared with Nelson-Obert generalized compressibility factor charts. The equation of states using the concept of molecular nonrandom distribution gave better results than those of molecular random distribution. This shows that the molecular nonrandom distribution makes considerable effect on the equation of states.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.35
no.2
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pp.216-223
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2011
TVC is a kind of ejector which entrains low pressure working fluid by using the high pressure working fluid. While most papers relating with ejectors treat the working fluid as an ideal gas for convenience, the fluid doesn't behave as the ideal gas when phase change occurs. In this study, numerical analysis is conducted by applying Redlich-Kwong equation of state instead of ideal gas equation of state. Two turbulent models are compared for the better prediction and SST k-${\omega}$ model is preferred rather than realizable k-${\epsilon}$ model by comparison. Energy loss at the diffuser inlet and throat using the real gas equation of state is relatively greater than that using ideal gas law. For the real gas case, pressure increase due to shock train at the diffuser outlet is relatively smaller than the ideal gas case, but both cases have the same pressure increase due to a pseudo shock.
$[P+a(b/v)^n]$ = RT / (V - b) Above equation of state had been derived from Roulette theory. Three parameters-a, b, n are estimated from the critical point and the inversion temperature. When it is applied to 52 materials and to the regions of high density such as dense gas and supercritical gas, the results are good.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.4
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pp.429-435
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2015
A bellows is an important temperature control component in a Joule-Thomson micro-cryocooler. It is designed using a very thin shell, and the inside of the bellows is filled with nitrogen gas. The bellows is made of a nickel-cobalt alloy that maintains its strength and elastic properties in a wide range of temperatures from cryogenic to $300^{\circ}C$. The pressure of the gas and the volume within the bellows vary according to the temperature of the gas. As a result, the bellows contracts or expands in the axial direction like a spring. To explore this phenomenon, the deformation of the bellows and its internal volume must be calculated iteratively under a modified pressure until the state equation of the gas is satisfied at a given temperature. In this paper, the modified Benedict-Webb-Rubin state equation is adopted to describe the temperature-volume-pressure relations of the gas. Experiments were performed to validate the proposed method. The results of a numerical analysis and the experiments showed good agreement.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.19
no.2
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pp.111-119
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2016
Gas-Liquid multiphase flow simulation has been carried out using the Lattice boltzmann method. For the interface treatment, pseudo-potential model (Shan-Chen) was used with the Carnahan-Starling equation of state. Exact Difference Method also applied for the treatment of the force term. Through the developed code, we simulated coexsitence structure of high and low density, phase separation, surface tension effect, characteristics of moving interface, homogeneous and heterogeneous cavitation and bubble collaps.
Self-pressurization of cylindrical container of cryogen is numerically analyzed. The container is axi-symmetric and heated from side wall with constant heat flux. Natural convection by external heat flux is studied numerically using finite difference method. Oxygen, nytrogen and hydrogen are working fluids in this paper. Liquid is considered incompressible fluid and vapor is assumed to behave as gas meeting with virial equation of gas. The Second virial coefficients of gas are obtained from Lennard-jones model. The important variables which have effects on self-pressurization are external heat flux, heat capacity of wall and initial ullage in container. The most important variable of them is external heat flux. The pressure rise calculated from the virial gas model is slightly different from that calculated using Ideal gas model for oxygen.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.8
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pp.823-833
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2010
For the study of thermophysical properties of kerosene for the liquid rocket and aviation fuels, the surrogate models are investigated. The density distributions based on the real gas equations of state(Soave modification of Redlich-Kwong and Peng-Robinson equation of state) and NIST SUPERTRAPP(extended corresponding state principle) are compared with the previous experimental results at supercritical conditions. The error range of thermophysical properties analyzed for the surrogate models as well. Peng-Robinson equation of state and extended corresponding state principle are especially accurate for the hydrocarbon fuels but the appropriate surrogate models need to be chosen to the operation conditions such as pressure and temperature.
Brake theory of viscosity, which can sucessfully calculate the viscosity of real gases, dense gases and liquids, is extended to the binary gas mixture. Adjustable parameters are not involved, but the calculated results are good agreements with the experimental values at high pressure as well as low pressure. Corresponding state equation for viscosity can be obtained by using the Redlich-Kwong equation, so that we hope this equation may be useful for the supercritical fluid in engineering applications at high pressure around the critcal point.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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1997.11a
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pp.10-11
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1997
고체 추진제를 사용하는 추진 시스템을 개발하는데 가장 커다란 문제로 인식되고 있는 것은 추진제의 연소 특성을 이해하는 일이다. 그 중에서도 연소실의 압력 진동과 추진제 벽면으로 흡수되는 복사 열전달에 의한 연소율(burning rate)의 변화로 인하여 발생하는 연소 불안정에 대한 이해는 아직도 완전히 규명되지 않고 있다. 고체 추진제의 연소 불안정에 대한 이론적 해석은 준-정상 1차원 해석(Quasi-Steady Homogeneous One-Dimension) 방법에 의하여 단순화된 지배방정식을 해석하는 것이 일반적으로 잘 알려져 있는 방법이다. 이 가정은 고체 추진제가 연수되는 영역을 두께가 매우 얇은 영역의 표면반응영역(surface reaction layer)과 화학반응이 없는 응축상태영역(condensed phase zone) 그리고 기체상태의 연료와 화염이 존재하는 기체상태영역(gas phase zone) 등의 3영역으로 구분하며, 기체상태영역에서 발생하는 교란에 대한 응축상태영역의 반응시간 크기(response time scale)가 매우 크기 때문에 응축상태영역의 반응은 준 정상적으로 일어난다고 가정하는 것이다.그러나, 연소실의 온도가 $3000^{\circ}K$ 정도의 높은 온도이어서 복사 열전달에 의한 고체 추진제의 가열이 중요한 열전달 방법으로 작용하게 되므로 이를 무시한 이론적 해석은 물리적인 중요성이 약하여질 수밖에 없다. 본 연구에서는 기체영역으로부터 전달되는 복사 열전달은 투명(transparent)한 표면반응영역을 통과하여 응축상태영역에서 모두 흡수되며 추진제 표면에서의 복사열방출(emission)을 고려하였다. 또한 연소불안정 현상을 해석하기 위하여 표면반응영역에서의 경계조건은 선형교란량으로 대치하는 Zn(Zeldovich-Novozhilov) 방법을 사용하였다. 이 방법은 기체상태영역에 대한 구체적인 해석없이도 연소불안정 현상을 해석할 수 있는 장점이 잇다. 즉 응축상태영역에서의 연소율과 표면온도는 각각 기체영역으로부터 전달되는 온도구배와 연소압력, 그리고 복사 열전달의 함수관계이므로 선형교란에 의한 추진제표면에서의 교란경계조건을 얻을 수 잇으며, 응축영역의 교란지배방정식과 함께 사용하여 압력교란과 복사 열전달의 교란에 대한 연소율의 교란 증감 여부를 판단하여 연소 불안정 현상을 해석할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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