하이브리드 로켓의 연소율을 높이기 위해 유동 특성을 바꾸면서 실험을 수행하였고 연소된 연료 내부 표면이 고르지 못한 것을 볼 수 있었다. 그 원인을 밝히기 위해 연료 표면을 관찰하고 유동가시화 실험을 한 결과 거친 연료 표면의 원인이 검댕 때문이고 이것은 국부적인 산화제 부족현상 때문에 발생하게 되었다는 것을 알 수 있었다. 또 연소 시 연료 전체에 발생하는 검댕의 특성은 이 현상이 하이브리드 로켓만의 독특한 특징인 분출효과 때문이라고 예측할 수 있게 해주었다.
하이브리드 로켓 연료의 연소율 향상을 위한 나선형 홈이 유동 특성에 미치는 영향을 규명하기 위하여 난류 증가와 선회 유동 발생에 대한 수치계산을 수행하였다. 나선형 튜브의 열전달 관계식을 이용하여 여러 형상의 나선형 홈이 있는 연료의 열전달 향상을 예측하였으며 연소율 측정값과 비교하여 상호 연관성을 확인하였다. 실험 결과와 열전달 향상 예측 값은 동일한 경향을 나타내더라도 수치는 큰 차이를 나타냈는데 이것은 연료가 연소하기 위하여 기화할 때 발생하는 분출속도가 존재하기 때문이다. 분출효과를 고려하여 RANS 계산을 수행한 결과, 난류에너지는 상당히 증가한 반면 선회 수는 조금 증가하는 결과를 보여 주었다. 그럼에도 불구하고 나선형 홈에 의한 난류 증가 또는 선회유동 생성은 연소율을 증가시키는 중요한 메커니즘임이 밝혀졌다. 그러나 분출로 인하여 난류에너지가 증가되어도 열전달 향상에 기여하지 못하는 것으로 확인되었는데 이것은 분출 속도가 표면의 경계층을 밀어내어 대류 열전달이 증가되는 것을 차단하기 때문인 것으로 밝혀졌다.
본 연구에서는 이러한 연구의 시작단계로 노즐내의 열 경계층 방정식을 정리하고 압축성 와점도모델을 도입하여 유한 차분법을 이용한 전산프로그램을 작성 하였다. 한편 실제로 추진모테에서는 고온 고속의 열기류가 분출되기 때문에 추진 하고 있는 동안 노즐벽을 형성하고 있는 내열재가 심하게 손상되어 표면의 상태가 매우 거칠게 된다. 더구나 경우에 따라서는 내열재가 용발(ablation)하게 된다. 이러한 상태를 감안하여 마찰계수와 열전달 계수를 합리적으로 추정해야만 노즐의 설계와 주변장치를 합리적으로 수행할 수 있다. 따라서 본 연구에는 주로 경계층 내의 압력구배, 압축성의 효과, 물성치의 변화를 고려한 기존 난류모델에 근거하여 프로그램을 작성하고, 이것을 토대로 노즐표면 조도의 영향 및 분출(blowing)의 영 향을 중점적으로 고려하여 그 특성을 연구하였다. 노즐벽에서 분출을 고려한 이유는 표면이 용발할 때 표면의 온도가 거의 일정하게 유지된 상태로 노즐표면이 화학작용을 수반하면서 가스화됨을 초보적으로 고려해보기 위함이다.
구암산 칼데라는 청송 남동부에 위치하며, 이에 관련된 층서단위는 구암산응회암과 유문암질 관입체가 있다. 구암산응회암은 대부분 회류응회암으로 구성되고 화산각력암과 얇은 강하응회암을 협재한다 화산각력암은 분포위치와 층서에 따라 하부의 암괴회류 각력암과 상부의 칼데라함몰 각력암으로 구분된다. 하부에서 회류응회암은 화채류 형성 분출에 의한 팽창성 화채류상이고 강하응회암은 회운 강하강이며, 상부에서 회류응회암은 끓어넘침 분출에 의한 비팽창성 회류상이다. 유문암질 관입체는 분포위치와 산출패턴에 따라 칼데라내부 관입체, 환상암맥으로 구분되고 환상암맥은 내측, 중간, 외측 환상암맥으로 나뉜다. 구암산 칼데라는 대체로 회류응회암-칼데라-환상암맥으로 연결되는 히나의 칼데라 윤회를 나타낸다. 구암산 칼데라 지역에서 나타나는 분출상들로부터 칼데라 윤회에 따라 화산과정을 다음과 같이 엮을 수 있다. 분출작용은 먼저 국부적인 펠리안 분출에 의한 암괴회류상으로 시작되었으며 연이어 화쇄류 형성 분출로부터 강한 유체화로 팽창성 화쇄류상으로 전환되고 회운 강하상도 수반되었다. 이때 분연주는 높이가 점차 낮아졌으며 화쇄류의 유체화도 줄어들었다. 다시 끓어넘침 분출에 의한 비팽창성 회류상으로 전환되어 고온의 화성쇄설물이 일시에 방출되어 정치됨으로써 매우 심하게 용결되었다. 끓어넘침 분출은 칼데라 함몰과 함께 환상단열로의 화구 이동에의해 본격화되었다. 분출초기에는 중앙화구호부터 화채류가 발생되었지만 후기에는 환상단열화구로의 위치가 변경되어 회류가 다량으로 발생하였다. 회류 분출 후에는 칼데라내부 모우트의 갈라진 틈과 환상단열대를 따라 분류상이 연속적으로 뒤따랐으며 이들에 의한 함몰후 화산으로서 용암도움은 침식으로 사라졌지만 화산뿌리로서 칼데라내부 관입체와 3개의 환상암맥을 노출시킨다. 마지막으로 남서측 환상암맥의 관절부위에 유문데사이트가 순차적으로 연속 관입되어 환상암맥의 일원이 되었다.수술 전항생제를 충분히 사용한 경우와 비슷한 좋은 결과를 보여 활동성 심내막염의 조기 외과적 치료가 효과적으로 감염을 제거할 수 있다고 사료된다.N-화합물의 함량과 이들의 수량에 미치는 붕소의 시비효과는 초종, 단파와 혼파재배, 그러고 추비의 시비조건에 따라서 차이가 있었다.
실험실 수조에서 조석 및 조류를 발생시키기 위해서는 수조내에 흐름의 분출부와 흡입부를 적절히 설치해야 한다. 분기관은 관수로 측면에 설치된 다수의 구멍을 통하여 관내ㆍ외 압력차에 의해 물을 분출 또는 흡입하는 장치이다. 수조 폭에 따라 균등한 단위폭당 유량을 발생시키기 위해서는 각 구멍의 크기를 적절히 결정해야 하며 이를 위해서는 공급류량, 공급수두, 수두손실, 구멍에서의 분출 및 흡입류량 등의 수리특성을 파악하여야 한다. 본 연구에서는 에너지 방정식과 연속방정식으로부터 비롯되는 비선형 연립방정식을 구성하고 Newton 해법을 적용하여 분출 및 흡입분기관의 수리특성을 파악하였다. 아울러, 자동제어 밸브가 부착된 분기관이 수조폭에 걸쳐 일정한 유량을 유지해야하는 조석수조에 효과적으로 사용될 수 있음을 확인하였다.
기존 우산의 단점을 보완한 발명품, 공기우산이 개발되었다. 하지만 공기우산의 단점인 짧은 사용시간을 보완하기 위해 강우량에 따라 적절하게 공기 분사압을 변화시키는 것뿐만 아니라 공기우산의 사용인원의 조절을 위해 압력비와 분사구 형태에 따른 우산의 효과를 알아보는 것이 실 사용에 중요한 요소일 것이다. 이에따라 본 연구에서는 우산 앞 부분의 분출구 형상과 자유류와의 분사 압력비에 따른 자유류의 방어 능력을 확인해 보았다. 평면 분사구에서 압력비가 1.3, 1.5인 구간에서는 우산의 효과를 나타낼 수 없었고 압력비가 1.5인 구간부터 삼각형 분사구와 육각형 분사구에서 우산의 형태가 나타남을 알 수 있었다. 압력비가 2.0인 구간에서 육각형 분사구의 경우 통상적인 우산의 형상을 보이기 시작하는 것을 알 수 있다.
최근의 실험 결과를 통해 하이브리드 로켓 연료의 표면에 연소가 진행되지 않은 채 남아있는 고립된 부분들이 존재함을 확인하였다. 이러한 불규칙적인 spot은 연료의 기화로 인한 분출유동(wall blowing)과 산화제의 유동 사이에서 발생하는 경계층 교란에 의한 현상인 것으로 여겨진다. 본 연구에서는 23,000의 높은 Reynolds수와 벽면분출 현상을 효과적으로 처리할 수 있도록 LES 기법을 이용하여, 연료 표면 근처의 난류 유동 특성을 해석하였다. 원형 단면을 갖는 하이브리드 로켓 모터의 그레인 형상을 사실적으로 모사하기 위하여 곡률효과를 포함한 3차원 실린더 형태의 지오메트리를 고려하였다. 연료 표면에서 발생하는 불규칙한 spot의 발생은 경계층과 분출되는 유동이 상호 간섭함으로써 난류구조들의 기구학적 특성을 변경시키기 때문인 것으로 추측되는 결과들을 얻을 수 있었다.
The behavior of fire plumes has not yet been clearly identified for cases where sidewalls are installed near an opening in an unconfined space. In this research, we aim to quantitatively identify the effects on fire spread when sidewalls are located on both sides of an opening. Specifically, we focus on the effects on the fire plume of the relation between the location of sidewalls and the opening, and carry out a scale-model experiment to devise a flame height model and to evaluate the temperature distribution along the central axis of the flame.
본 연구에서는 주연소실쪽의 오리피스 근방에서 점화를 하는 부실붙이 연소실 에서 부실의 크기, 오리피스 크기를 변수로 하여 화염분출이 연소에 미치는 영향을 파 악하였다. 또한 이들의 결과를 부실쪽에서 점화하는 경우와 비교하여 주연소실쪽 점 화방식의 화염분출효과를 평가하였다.
나노결정입자와 일반 입자를 이용하여 $60cm{\times}60cm{\times}180cm$의 밀폐 공간에서 연기제거 성능을 평가해보았다. MgO, $CeO_2$, $Al_2O_3$, ZnO, $TiO_2$등의 나노결정입자와 $NaHCO_3$ 등의 일반입자를 사용하였다. 실험은 입자를 30초, 1분, 2분 간격으로 연기에 분사하여 시간에 따른 연기 제거 성능을 관찰해 보았고, 아울러 3, $6\;kgf/cm^2$등의 입자 분사 압력 변화에 따른 연기 제거 성능도 평가해 보았다. 평가 결과, $TiO_2{\fallingdotseq}MgO$ > ZnO > $CeO_2$ > $NaHCO_3$ > $Al_2O_3$의 순으로 연기 제거 성능이 우수하였다. MgO와 $TiO_2$를 분사한 경우 자연스럽게 연기가 제거 되는 속도보다 약 10배 정도로 빠르게 연기가 제거되었다. 분사압력이 $6\;kgf/cm^2$에서 $3\;kgf/cm^2$로 감소하면, 입자가 연기와 부딪히는 힘이 약하고 분출양이 작아서 연기 제거 성능도 아울러 감소한 것으로 판단된다. 연기 제거 성능은 입자의 특성, 분출 압력, 분출 양, 분사 노즐의 크기 등에 영향을 받는다. 따라서 효과적인 연기제거를 위해서는 이러한 조건을 최적화하는 것이 중요하다. 본 연구는 이러한 연기 제거 입자가 실제 화재에 적용하는 것을 최종적 목표로 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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