• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 2003년도 제20회 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.244-245
• /
• 2003

고체나 액체 추진로켓에 비하여 하이브리드 추진 시스템은 작동조건의 안정성과 안전함등의 많은 장점을 가지고 있다. HTPB와 같은 고체연료는 제작 및 저장, 운송 그리고 장착상의 안정성을 가지고 있으며 하이브리드 로켓의 고체연료로의 산화제의 유입을 제어하면서 추력의 변화와 엔진내부의 연소중단과 재 점화를 용이하게 할 수 있다. 이러한 이유로 인하여 하이브리드 엔진은 좀 더 경제적인 장치로 기대를 모으고 있다. 그러나, 기존의 하이브리드 로켓 엔진은 고체 추진 로켓에 비하여 낮은 연료 regression 율과 연소효율을 가지는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하고 요구되어지는 추력값과 연료유량을 증가시키기 위하여 고체연료의 표면적을 증가시킬 필요가 있다. 기존의 하이브리드 엔진에서는 연료 그레인에 다수의 연소포트를 만들어 표면적을 증가시켰으나 이는 비 활용 공간의 증가와 추진제의 질량 및 체적분율의 상당한 감소를 초래한다. 지난 수십년간에 걸쳐 하이브리드 엔진에서 연료의 regression 특성 및 엔진 성능 향상을 위한 연구가 계속되어 왔으며 최근에 엔진의 체적 규제를 경감시키고 연료의 regression율을 향상시키기 위하여 선회유동을 이용하는 하이브리드 로켓 엔진들이 제안되고 있다. 이러한 선회유동을 가지는 하이브리드 로켓은 고체연료 그레인에 대하여 평행하게 유입되는 기존의 하이브리드 로켓에 비하여 고체연료 벽면에서의 대류열전달이 현저하게 증가하게 되어 아주 높은 고체연료의 regression율을 얻을 수 있는 이점이 있다. 선회유동 하이브리드 로켓의 연소과정은 고체 연료의 열분해과정, 대류 열전달, 난류 혼합, 난류와 화학반응의 상호작용, soot의 생성 및 산화과정, soot 입자 및 연소가스에 의한 복사 열전달, 연소장과 음향장의 상호작용 등의 복잡한 물리적 과정을 포함하고 있다. 이러한 물리적 과정 중 난류연소, 고체연료 벽면 근방에서의 대류 열전달 및 연소과정에서 생성되는 soot 입자로부터의 복사 열전달, 그리고 고체연료 열 분해시 표면반응들은 고체연료의 regression율에 큰 영향을 미친다. 특히 고체연료의 난류화염면의 위치와 폭, 그리고 비 예혼합 난류화염장에서 생성되는 soot의 체적분율의 예측은 난류연소모델, 열전달 모델, 그리고 regression율 모델에 의해 크게 영향을 받기 때문에 수치모델의 예측 능력 향상시키기 위하여 이러한 물리적 과정을 정확히 모델링해야 할 필요가 있다. 특히 vortex hybrid rocket내의 난류연소과정은 아래와 같은 Laminar Flamelet Model에 의해 모델링 하였다. 상세 화학반응 과정을 고려한 혼합분율 공간에서의 화염편의 화학종 및 에너지 보존 방정식은 다음과 같다. 화염편 방정식과 혼합분률과 scalar dissipation rate의 관계식을 이용하여 혼합분률과 scalar dissipation rate에 따른 모든 reactive scalar들을 구하게 된다. 이러한 화염편 방정식들을 mixture fraction space에서 이산화시켜서 얻은 비선형 대수방정식은 TWOPNT(Grcar, 1992)로 계산돼 flamelet Library에 저장되게 된다. 저장된 laminar flamelet library를 이용하여 난류화염장의 열역학 상태량 평균치는 presumed PDF approach에 의해 구해진다. 본 연구에서는 강한 선회유동을 가지는 Hybrid Rocket 연소장내의 난류와 화학반응의 상호작용을 분석하기 위하여 Laminar Flamelet Model, 화학평형모델, 그리고 Eddy Dissipation Model을 이용한 수치해석결과를 체계적으로 비교하였다. 또한 Laminar Flamelet Model과 state-of-art 물리모델들을 이용하여 선회 유동을 갖는 하이브리드 로켓 엔진의 연소 및 Soot 생성 및 산화과정을 살펴보았으며 복사 열전달이 고체 연료 표면의 regression율에 미치는 영향도 살펴보았다. 특히 swirl강도, 산화제의 유입위치 그리고 선회유동의 형성방식이 하이브리드 로켓의 연소특성 및 regression rate에 미치는 영향을 상세히 해석하였다.

• 한국추진공학회지
• /
• 제15권4호
• /
• pp.57-64
• /
• 2011

펄스 데토네이션 엔진에서와 같이 탄화수소를 연료로 하는 데토네이션 파는 강한 불안정성을 가지며 난류 연소 효과를 고려한 연구를 수행하여야 함이 제시된 바 있다. 본 연구에서는 강한 불안정성을 가지는 데토네이션 파의 구조를 이해하기 위하여 비점성 해석, 점성 해석, 난류 모델 및 간단한 난류 연소 모델을 고려한 수치 해석 연구를 수행하였다. 모델링 수준에 따른 연구를 통하여 점성 및 난류는 저주파 특성에는 거의 영향이 없으나, 고주파 특성을 강화하는 경향이 있는 것으로 보인다. 한편, 데토네이션 연구를 위한 난류-연소 상호 작용 모델에는 활성화 에너지의 영향이 고려되어야 하는 것으로 여겨진다.

• 오토저널
• /
• 제13권4호
• /
• pp.11-17
• /
• 1991

내연기관의 열전달은 구조물에 따라 흡기계통, 연소실, 배기계통으로 나누어지고, 열전달기구에 따라 전도, 대류, 복사로 나누어지며, 여기서는 그중 가장 핵심이 되는 연소실 내에서의 대류 및 복사 열전달 현상에 관하여 논하고자 한다. 연소실 열전달의 정량적 해석을 위해서는 흡기계통과 피스톤 운동에 의한 3차원 압축성 난류 유동장과 점화, 착화 및 연소 진행과정, 이들의 복합적 상호 작용에 대한 이해가 선행되어야 한다. 여기서는 현재까지 제시된 연소실 열전달의 정량적 모델과 문제점,앞으로의 연구 진행방향에 대해 소개하고자 한다.

• 한국연소학회:학술대회논문집
• /
• 한국연소학회 제26회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
• /
• pp.201-207
• /
• 2003

Characteristic of turbulent nonpremixed interacting flames are investigated experimentally 8 or 9 nozzles are arranged in the shape of matrix or circle. When there is no center nozzle, flame is more stable than with center nozzle case. It is shown that these blowout limit enlargements are related with the recirculation of burnt gases. The interacting flame base was not located at the stoichiometric point. NO concentrations of interacting flame are smaller than that of single flame using same area nozzle.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 2003년도 제20회 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.233-239
• /
• 2003

본 연구는 고체 추진제 로켓 엔진의 연소과정을 수치적으로 해석하였다. 고체 추진제로는 double-base propellant를 이용하였으며 고체상에서는 2개의 포괄적인 반응식을 기체상에서는 5개의 포괄적인 반응식을 이용하였고 난류와 화학반응의 상호작용 PaSR(Partially Stirred Reactor)모델을 사용하였다. 고체 연료 벽면에서의 분출 효과로 야기되는 대류열전달의 불확실성을 줄이기 위하여 낮은 레이놀즈 수 k-$\varepsilon$난류모델을 적용하였다. 계산된 수치결과를 토대로 고체 추진제 로켓 엔진의 난류연소 과정 및 온도장과 압력장의 비정상 특성에 대하여 상세히 기술하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
• /
• pp.85-88
• /
• 2010

본 연구에서는 액체로켓 분사기에서 임계압력 이상의 추진제의 혼합과 연소과정을 수치적으로 모사하여 분석하고자 하였다. 이 과정에서 확장된 $k-{\varepsilon}$ 난류 모델을 이용하여 난류 속도장을 예측하였고 고압에서의 실제 유체 효과를 고려하기 위하여 혼합 추진제의 물성치는 SRK 상태 방정식을 이용하여 계산하였다. 또한 난류 확산 화염에서의 좀 더 정확한 난류와 화학반응의 상호작용을 고려하기 위하여 실제 유체 효과를 고려할 수 있는 층류 화염편 모델을 이용하였다. 수치적인 계산을 바탕으로 이상기체 가정을 사용한 결과와 비교하여 실제 유체의 효과와 기체메탄/액체산소 동축 전단 분사기의 제트화염 구조를 상세하게 살펴보았다.

• 한국연소학회:학술대회논문집
• /
• 한국연소학회 2004년도 제28회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
• /
• pp.75-82
• /
• 2004

The conditional moment closure(CMC) model has been implemented in context with the unstructured-grid finite-volume method which efficiently handle the physically and geometrically complex turbulent reacting flows. The validation cases include a turbulent nonpremixed $CO/H_2/N_2$ Jet flame and a turbulent nonpremixed $H_2/CO$ flame stabilized on an axisymmetric bluff-body burner. In terms of mean flame field, minor species and NO formation, numerical results has the overall agreement with expermental data. The detailed discussion has been made for the turbulence-chemistry interaction and NOx formation characteristics as well as the comparative performance for CMC and flamelet model.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제37권1호
• /
• pp.62-68
• /
• 2009

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.

• 대한기계학회논문집
• /
• 제15권1호
• /
• pp.355-365
• /
• 1991

본 연구에서는 화염간 상호 작용을 해석함으로써 정의 적용에 있어서의 적절 성과 유용성을 검토 하고 화염간 상호 작용 특성을 밝히기 위하여, 해석의 대상은 화 염간의 상호작용을 명확히 관찰할 수 있는 두 개의 평행한 사각 덕트형 노즐로부터 분 출되는 기체연료에 의해 형성 되는 두 개의 동등한 3차원 제트 난류 확산화염을 택한 다. 2-화염계는 상호작용 화염군의 기본 단위이며, 현재까지 원형제트 화염에 비하 여 3차원제트 화염에 대한 연구는 많지 않은 실정이다. 연구의 방법으로는 이론적 모델링과 수치해석을 통한 모의 실험에 중점을 두고 부분적인 실험으로 타당성을 점검 한다.이는 기존의 연구들이 대부분 실험적인 것들이거나 간단한 해석적 모델을 사 용한 것들이어서 상호 작용하의 화염 특성을 예측할 수 있는 수치 해석적 모델의 개발 이 필요하며, 또한 기존의 연구들이 온도나 성분만을 측정함으로서 유동장에서의 운동 량 전달의 상호작용 특성이 자세히 연구되지 못했으므로, 이를 위해서는 난점이 있는 속도 측정의 실험적 방법보다 수치해석적 접근법이 필요하기 때문이다. 이상과 같이 본연구는 상술한 정의를 적용해 보고 이에따라 화염간 상호작용의 특성을 파악하며 이 를 예측할 수 있는 이론적 모델을 개발하는 것을 목적으로 한다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 2006년도 제26회 춘계학술대회논문집
• /
• pp.327-330
• /
• 2006

기저연소과정이 포함된 젯추진을 고려한 기저유출 탄의 기저저항특성 조사를 위해 전산모사를 수행했다. 전반적인 유체역학과정은 2방정식의 $k-\omega$ SST난류 모델을 포함하고 반응유동을 위해 나비아-스토크방정식으로 모델화 되었다. 연소과정은 부분적으로 연소된 BBU (base-bleed unit) 출구조건을 갖는 유한속도반응으로 모델화 했다. 기저저항과 로켓플륨이 있는 기저유동의 상호작용에 대해 본 전산유체 해석기 능력을 보여주므로, 본 연구는 복합추진탄의 유체역학적 그리고 연소과정에 대한 이해를 준다.