• Title/Summary/Keyword: 노즐 형상 최적화

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Design of Supersonic Impulse Turbine Nozzle with Asymmetric Configuration using the Optimal Method (최적화기법을 이용한 초음속 충동형 터빈 노즐의 비대칭 설계)

  • Jeong, Soo-In;Choi, Byoung-Ik;Jeong, Eun-Hwan;Kim, Kui-Soon
    • Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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    • 2011.04a
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    • pp.61-65
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    • 2011
  • In this paper, the nozzle design with asymmetric configuration using the optimal method is used in order to improve the under- and over-expansion problem of the flow at the supersonic turbine nozzle. For the design of nozzle contour, 8 design variables are selected and the total-to-static efficiency from the nozzle inlet to the wake outlet is considered as the objective function to be maximized. The Fluent6.3 and the iSIGHT-FD program are used for calculation of nozzle flow and design optimization respectively. RBF(Radial Basis Function) method is chosen for approximate optimization algorithm. It is shown that the static efficiency of improved nozzle design increases 1.35% and loss coefficient decreases 19.85% as compared to baseline design.

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Shape Optimization of GCB for Increasing Small Current Interruption Capacity (소전류 차단성능 개선을 위한 가스 차단기의 형상 최적화)

  • Kim, H.K.;Park, K.Y.;Im, C.H.;Jung, H.K.;Park, S.K.;Lee, S.H.
    • Proceedings of the KIEE Conference
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    • 2002.07b
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    • pp.764-766
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    • 2002
  • 본 연구에서는 가스 차단기의 소전류 차단성능을 개선하기 위한 최적화 과정에 대해서 나타낸다. 목적함수는 절연내력과 극간 인가전압의 차이의 최소값으로 선정하였으며, 목적함수가 최대가 되도록 최적화를 수행한다. 설계 변수로는 개극 전의 전극 이동길이, 노즐목 길이 및 노즐목 발산각과 노즐 하류장 형상을 채택하였다. 최적화 알고리즘으로는 (1+1) 진화알고리즘을, 유동해석을 위해서는 FVFLIC법을 사용하였다. 최적화 결과로 얻어진 모델은 초기 모델에 비해 소전류 차단성능이 상당히 개선되었음을 확인할 수 있었다.

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Effect of Nozzle Initial and Exit Wall Angles on Supersonic Flow Field in a Thrust Optimized Nozzle (추력이 최적화된 노즐의 초음속 유동에 대한 노즐벽 초기 및 출구각도의 영향)

  • Jeon, Tae Jun;Park, Tae Seon
    • Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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    • v.25 no.3
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    • pp.1-13
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    • 2021
  • Effects of the nozzle wall angles on the supersonic flow field in a thrust optimized nozzle were numerically investigated. The combustor and operating condition of 30-tonf rocket engine was selected to study the optimum nozzle shape. The nozzle flow of combustion products was realized by the shifting equilibrium calculation for the propellant of kerosene-LOx. The change of nozzle wall angles induced different developing patterns of the internal and secondary shock wave. The optimum nozzle was obtained when the internal shock was in a specific position at the nozzle outlet. The nozzle wall angles of the optimum nozzle were very similar to those of the optimum nozzle which does not consider the shock wave.

초음속 마이크로노즐에 적합한 프로파일을 위한 공정변수의 최적화

  • Song, U-Jin;Jeong, Gyu-Bong;Cheon, Du-Man;An, Seong-Hun;Lee, Seon-Yeong
    • Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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    • 2009.05a
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    • pp.38.2-38.2
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    • 2009
  • 마이크로노즐은 우주공간에서 인공위성의 자세를 바로잡는 데 필요한 마이크로 로켓에 들어가는 필수적인 부품이다. 마이크로 노즐은 또한 나노입자 적층 시스템(nano-particle deposition system, NPDS)에 들어갈 수 있다. NPDS는 세라믹 또는 금속 나노분말 입자를 노즐을 통해 초음속으로 가속시킨 뒤 상온에서 이를 기판에 적층시키는 새로운 시스템이다. 본 연구의 목표는 NPDS에 쓰이는 노즐을 일반적인 반도체 공정을 이용하여 마이크론 스케일의 목을 갖도록 한 마이크로노즐을 제작하는 데 있다. 보쉬 공정은 이러한 마이크로노즐을 제작하는데 필수적인 공정으로, 유도결합플라즈마를 이용해 실리콘 웨이퍼를 식각시키는 기술을 말한다. 보쉬 공정에 사용되는 플라즈마 기체는 $SF_6$$C_4F_8$인데, 이 두 가지 기체를 번갈아가면서 사용하여 실리콘 웨이퍼를 이방성 식각하는 것이 그 특징이다. 보쉬 공정에는 다양한 변수가 존재하며 이를 적절히 통제하면 마이크로노즐에 적합한 프로파일을 실리콘 웨이퍼 내에 형성시킬 수 있다. 본 연구에서는 보쉬 공정을 이용하여 3차원 마이크로 노즐을 제작하였다. 기존에 반응성이온식각(deep reactive ion etching, DRIE) 공정을 통해 마이크로노즐을 제작한 사례가 많이 보고되었지만 이들은 모두 2차원적으로 마이크로노즐을 제작하였다. 2차원적으로 제작한 마이크로노즐은 마이크로 로켓에 주로 사용되었지만, 초음속으로 가속된 분말이 노즐의 형상으로 인한 유체 흐름의 불안정성 때문에 NPDS에서는 오래도록 사용할 수 없다는 문제점이 있다. 그러므로 본 연구에서는 마이크로노즐을 3차원 형상으로 제작함으로써 이러한 문제점을 해결하고자 하였다.

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High Speed Wind Tunnel Test on the Aerodynamic Load Characteristics of Rocket Nozzle (로켓 노즐 공력하중 특성에 대한 고속 풍동시험)

  • Ra, Seung-Ho;Ok, Ho-Nam;Kim, In-Sun;Choi, Seong-Wook
    • Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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    • v.32 no.9
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    • pp.35-40
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    • 2004
  • The high-speed wind tunnel test of rocket model was performed to investigate the effect of skirt configuration on aerodynamic load characteristics of nozzle. Test parameters were the length and diffusing angle of skirt. Test results showed that the gimbals actuator power could be reduced to 1/10 of that without skirt. The normalized test result was proposed to be used as database for skirt design.

CFD Analysis on the Effect of the Nozzle Arrays and Spray Types in the Hydrogen Peroxide Mixing Quencher to Improve the Mixing Efficiency (과산화수소 혼합냉각기 내의 노즐배치 및 가스분사 방식 변화에 따른 혼합율 개선에 대한 전산해석적 연구)

  • Koo, Seongmo;Chang, Hyuksang
    • Clean Technology
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    • v.23 no.1
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    • pp.42-53
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    • 2017
  • Numerical analysis was done to evaluate the fluid distribution inside of the mixing quencher to increase the reaction efficiency of the aqueous hydrogen peroxide solution in the scrubbing column which is used for simultaneous desulfurization and denitrification. Effective injection of the aqueous hydrogen peroxide ($H_2O_2$) solution in the mixing quencher has major effects for improving the reaction efficiency in the scrubbing column by enhancing the mixing of the aqueous $H_2O_2$ solution with the exhaust gas. The current study is to optimize the array of nozzles and the spray angles of the aqueous $H_2O_2$ solution in the mixing quencher by using the computational method. Main concerns of the analysis are how to enhance the uniformity of the $H_2O_2$ concentration distribution in the internal flow. Numerical analysis was done to check the distribution of the internal flow in the mixing quencher in terms of RMS values of the $H_2O_2$ concentration at the end of quencher. The concentration distribution of $H_2O_2$ at the end of is evaluated with respect to the different array of the nozzle pipes and the nozzle tip angles, and we also analyzed the turbulence formation and fluid mixing in the zone. The effect of the spray angle was evaluated with respect to the mixing efficiency in different flow directions. The optimized mixing quencher had the nozzle array at location of 0.3 m from the inlet duct surface and the spray angle is $15^{\circ}$ with the co-current flow. The RMS value of the $H_2O_2$ concentration at the end of the mixing quencher was 12.4%.

Involute 구조물의 구조해석

  • 김유준;김형근;황태경;도영대
    • Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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    • 1999.10a
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    • pp.22-22
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    • 1999
  • 로켓의 노즐의 확대부와 같은 내열특성 증진이 필요한 곳에 주로 적용되어온 Involute 구조는 얇은 두께의 fabric 프리 프레그룰 일정한 패턴에 맞추어 재단한 후 적층하여 제작되어진다. 이렇게 제작된 노즐 확대부와 같은 구조물은 내삭마 및 구조 특성이 향상되고, 적층 및 성형 중 발생하는 링클과 보이드도 많이 예방할 수 있는 장점을 가진 것으로 알려져 있다. 이와 같은 장점 때문에 60년대부터 제작되어 노즐 확대부에 적용되어온 Involute 구조는 기하학적 복잡성으로 인해서 본질적으로 구조물의 비등방성 및 비균질성을 수반하게 되며, 이에 따른 열 및 구조해석의 어려움이 존재하게 된다. 70년대 Pagano에 의해서 그 기하학적복잡성이 수학적으로 규명되기 시작하여 80년대 가장 활발한 구조해석이 수행되어 노즐의 설계에 적용되었으며, 90년대 들어와서는 비선형 해석 및 최적설계 기법을 도입한 Involute 구조물의 기하학적 형상 및 구조적 최적화가 진행되고 있다. 하지만 국내에서는 아직까지 Involute 구조의 구조해석이 생소한 분야로서, 앞에서 언급한 일련의 진행 과정과 특징 등을 요약 및 정리할 필요가 있다 따라서, 본 발표는 비등방성 및 비균질성의 Involute 구조물에 대한 구조해석 기법들을 파악하고 그 적용 방법을 생각해 보고자 한다.

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COMPUTATIONAL DESIGN OF A FLUTED NOZZLE FOR ACHIEVING TARGET AERODYNAMIC PERFORMANCE (목적 공력특성 달성을 위한 플루트 노즐 전산설계)

  • Kang, Y.J.;Yang, Y.R.;Hwang, U.C.;Myong, R.S.;Cho, T.H.
    • Journal of computational fluids engineering
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    • v.16 no.3
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    • pp.1-7
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    • 2011
  • As a preliminary design study to achieve target aerodynamic performance, this work was conducted on an original nozzle with 9 flutes in order to design a fluted nozzle with 12 flutes. The thrust and rolling moment of the nozzle with 12 flutes were analyzed using a CFD code according to the depth and rotation angle of the flutes. Based on this, a fluted nozzle with 12 flutes was optimized to yield the same thrust as that of the original nozzle with 9 flutes. The response surface method was applied for shape optimization of the fluted nozzle and design variables were selected to determine the depth angle and rotation angle of the flutes. An optimized shape that led to a thrust as strong as that of the original nozzle was obtained.

Optimum Design of Dual Orifice Fuel Nozzle (이중 오리피스 연료 노즐 최적설계)

  • Lim, O-Kaung;Choi, Eun-Ho;Kim, Sung-Sub
    • Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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    • v.20 no.4
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    • pp.407-416
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    • 2007
  • Fuel spray nozzle has a critical effect on combustion characteristics. Mass flow rate and SMD(sauter mean diameter) were selected as design variables by using the experiment data of various types of duplex fuel nozzles for the swirl atomizers. The sensitivity of each design variable on the mass flow rate and SMD was analyzed and the uniformity of mass flow rate was investigated through the shape optimization of duel-orifice-type swirl atomizers. The design variables that have a little effect on the optimum design were excluded using the DOE(design of experiments) method, which enabled the optimization of sensitive design variables on mass flow rate and limit tolerance. The SMD of the research spray nozzle that was used in this study was found to be most similar to that of the calculation results using the Jasuja's SMD relationship. This study showed the specific characteristics of duel orifice type swirl atomizers and the optimization of these kinds of nozzle. This study provided the optimization design of mass flow rate and its allowable tolerance.

Characteristics and Key Parameters of Dual Bell Nozzles of the DLR, Germany (독일 DLR의 듀얼 벨 노즐 특성 및 핵심 변수)

  • Kim, Jeonghoon;Huh, Hwanil
    • Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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    • v.43 no.11
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    • pp.952-962
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    • 2015
  • Various types of altitude compensation nozzles have been investigated to develop an effective propulsion system. In order to obtain baseline data for future study of dual bell nozzles, main characteristics and key parameters of dual bell nozzles are summarized and described by analysing DLR dual bell nozzles. DLR's experimental researches show that inflection angle is proportional to transition NPR, and extension length is proportional to side load, but inversely proportional to transition NPR and transition duration. Therefore, the nozzle geometry can be determined through the performance prediction process and thus the optimization process is required to meet performance requirements between parameters.