• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.21 no.2
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• pp.136-143
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• 1997

직경 비가 0.56인 이중동심관에 내외측모두 매끈한 벽면, 벽면 거칠기를 안측, 외측, 그리고 양측 모두의 4경우에 대한 난류 유동과 열전달특성을 실험과 이론으로 연구하였다. 시간평균속도분포, 마찰계수, 그리고 최대 속도 지점과 전단응력이 0인 지점들을 피토튜브와 X형 열선 풍속계로 측정하였다. 이중동심관내에서 4가지 경우에 따른 사각돌출형 거칠기효과가 난류 유동과 열전달에 미치는 영향을 수정난류모델을 기초로 하여 연구하였다. 직경비, 거칠기 위치, 레이놀즈수, 그리고 프란틀수 등의 여러 변수에 의해서 난류 유동과 열전달을 고찰하였다. 본 연구는 전체적 효율 측면에서 유리하게 열전달율을 향상시킬수 있는 거칠기 구조를 밝혔다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.17 no.3
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• pp.33-41
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• 1993

양벽면 모두 사각돌출형조도요소가 설치된 동심 이중관내에서 생기는 비대칭 난류유동과 열전달 특성을, 열전달과 마찰계수에 미치는 조도의 합성효과를 조사하기 위해, 연구하였다. 이론해석에서는 한쪽면에 거칠기가 있는 평행평판의 유동에 대한 수정 플란틀 혼합길이(mixing length)이론의 난류 모델을 속도분포와 마찰계수를 구하는데 사용하였다. 최대속도지점에서 안쪽과 바깥쪽의 두 속도형상들은 힘의 평형에 의해 일치시켰다. 그리고 나서, 온도 분포와 열전달 계수를 계산하였다. 속도형성과 마찰계수들의 해석결과는 실험과 매우 잘 일치하였다. 마찰계수와 Nusselt number에 미치는 조도비, 조도에 대한 피치비, 그리고 반경비등과 같은 여러 변수들의 효과들을 조사하였다. 본 연구는 일정의 조도 요소들이 전체적 효율 측면에서 볼때 유리하게 열전달을 향상시킨다는 것을 증명하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.18 no.1
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• pp.41-50
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• 1994

동심 이중관내에서 외관내벽의 사각돌출형 조도요소에 의한 비대칭 난류유동과 열전달 특성을, 열전달과 마찰계수에 미치는 조도의 합성효과를 조사하기 위해, 연구하였다. 이론해석에서는 수정 플란틀 혼합길이(mixing length)이론의 난류모델을 속도분포와 마찰계수를 구하는데 사용하였다. 최대 속도지점에서 안쪽과 바깥쪽의 두 속도 형상들은 힘의 평형에 의해 일치시켰다. 그리고나서, 온도분포와 열전달 계수를 계산하였다. 속도형상과 마찰계수들의 해석결과는 반경비 (${\alpha}$)= 0.13, 0.26, 0.4, 그리고 0.56 경우의 실험과 매우 잘 일치하였다. 마찰계수와 Nusselt number에 미치는 반경비, 조도비, 그리고 조도에 대한 피치비 등과 같은 여러 변수들의 효과들을 조사하였다. 본 연구는 일정 조도 요소들이 전체적 효율 측면에서 볼 때 열전달을 우리하게 향상시킨다는 것을 증명하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.17 no.1
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• pp.45-54
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• 1993

동심 이중관내에서 사각돌출형 조도요소에 의한 비대칭 난류유동과 열 전달특성을, 열전달과 마찰계수에 미치는 조도의 합성효과를 조사하기 위해, 연구하였다. 이론해석에서는 한쪽면에 거칠기가 있는 평행평판의 유동에 대한 수정 플란틀 혼합길이(mixing length)이론의 난류모델을 속도분포와 마찰계수를 구하는데 사용하였다. 최대속도지점에서 안쪽과 바깥쪽의 두 속도형상들은 힘의 평형에 의해 매치(match) 시켰다. 그리고나서, 온도 분포와 열전달 계수를 계산하였다. 속도형상과 마찰계수들의 해석결과는 실험과 매우 잘 일치하였다. 마찰계수와 Nusselt number에 미치는 조도비, 조도에 대한 피치비, 그리고 반경비등과 같은 여러 변수들의 효과들을 조사하였다. 본 연구는 일정 임의의 조도 요소들이 전체적 효율 측면에서 볼 때 유리하게 열전달을 향상시킨다는 것을 증명하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2003.05a
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• pp.244-245
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• 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.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.9 no.3
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• pp.335-344
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• 1985

본 연구에서는 인공조도가 있는 벽면 위의 확립되지 않은 난류유동과 열전달 을 복합거이모델을 사용하여 수치해석하고 그 결과를 실험결과와 비교하였다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.34 no.12
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• pp.59-66
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• 2006

To understand the role of helical geometry on the regression rate enhancement, two competing underlying mechanisms such as turbulence enhancement and swirling motion production were studied by numerical calculations. Experimental results showed that the enhancement of heat transfer rate has the very close relation to the increase in regression rate even though the percentage of increase in heat transfer rate is different from that in regression rate. This discrepancy is presumably due to the change of turbulent flow feature caused by so-called "blowing mass flux" from the fuel surface. In this regard, the results of RANS calculation show that the blowing velocity is responsible for the reduction of the swirl generation and the increase in the turbulent kinetic energy. And the dominancy of one of the mechanisms causes the increase in the regression rate. Meanwhile, the increase in turbulent kinetic energy due to the mixing of blowing flow and free stream flow does not contribute for the enhancement of the heat transfer rate to the surface because the blowing flow pushes boundary layer away from the solid surface.

• Journal of the KSME
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• v.56 no.9
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• pp.49-53
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• 2016

액체로켓엔진은 연소실의 온도가 약 3,600K로서 냉각시스템은 필수적이다. 지금까지 대표적으로 사용되어온 냉각방법은 재생냉각과 막냉각으로 아임계압력에서 다양한 실험연구에 의해서 설계가 진행되어 왔다. 아임계압력에서 얻어진 유동구조 이해 및 설계경험식은 초임계 압력에서는 물성치가 급격히 변하기 때문에 재정립될 필요가 있다. 특히 열전달 성능을 좌우하는 난류유동구조가 크게 바뀌기 때문에 초임계 유체에 대한 난류유동 및 열전달연구가 진행될 필요가 있다. 이 글에서는 초임계 압력조건에서 난류열전달 연구동향을 소개하고자 한다.

• Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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• v.13 no.4
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• pp.11-17
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• 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.

• Journal of Energy Engineering
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• v.10 no.3
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• pp.272-277
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• 2001

An experimental study of jet impinging the non-isothermal heating surface with linear temperature gradient is conducted with the presentation of the turbulent flow characteristics and the heat transfer rate, represented by the Nusselt number. The jet Reynolds number ranges from 15,000 to 30,000, the temperature gradient of the plate is 2~4.2$^{\circ}C$/cm and the dimensionless nozzle to plate distance (H/D) is from 2 to 10. The results show that the peak of heat transfer rate occurs at the stagnation point, and the heat transfer rate decreases as the radial distance from the stagnation point increases. A remarkable feature of the heat transfer rate is the existence of the second peak. This is due to the turbulent development of the wall jet. Maximum heat transfer rate occurs when the axial distance from the nozzle to nozzle diameter (H/D) is 6 or 8. The heat transfer rate can be correlated as a power function of Prandtl number, Reynolds number, the dimensionless nozzle to plate distance (H/D) and temperature gradient (dT/dr). It has been found that the heat transfer rate increases with increasing turbulent intensity. The wall jet is influenced by temperature gradient and the effect becomes more important at higher radii.