• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제25회 추계학술대회논문집
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• pp.450-454
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• 2005

축대칭 동축형 램제트 연소기에 대한 반응 유동장 해석을 수행하였다. 2차원 축대칭 Wavier-Stokes 방정식과 낮은 레이놀즈 수 $k-\varepsilon$ 난류 모델을 이용하였고, 유한반응률 화학반응 모델을 적용하였다. 난류 연소 모델인 EDM (Eddy-Dissipation Model)과 층류 반응 모델을 적용한 경우를 서로 비교하였다. 급확대 연소기와 wedge형 보염기를 장착한 동축형 램제트 연소기에 대한 반응 유동장 수치해석을 통해 두 가지 결과를 화염안정 측면에서 서로 비교하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제22권4호
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• pp.351-358
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• 1990

고연소에서도 연소 과정을 정확히 계산할 수 있는 연구로용 핵분열 생성물 연소체인 모델을 개발하였다. 이 모델은 상세히 취급된 63개 핵분열 생성물 핵종과 핵분열성 물질에 무관한 하나의 가상 원소로 구성되어 있다. 본 논문에서는 가상 원소의 유효 단면적과 악티나이드 핵종별 핵분열 생성율이 평가되었다. 이 모델은 저농축 우라늄을 핵연료로 하는 연구로의 고연소 해석에서 좋은 결과를 보이고 있다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.636-640
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• 2011

막냉각은 재생냉각채널을 통과하는 추진제의 일부를 연소실 벽면으로 선회 분사하여 연료 과잉 혼합층을 형성함으로서, 벽면 열유속을 감소시키는 효과적인 냉각 방식이다. 본 연구에서는 초임계 압력 조건하에서 분사되는 케로신 막냉각이 재생냉각 연소기 내부의 연소와 냉각 특성에 미치는 영향을 정량적으로 예측할 수 있는 해석모델을 개발하였으며, 실제 연소기 시제품에 대한 연소시험 결과와 비교하였다. 지속적인 모델의 개선을 통해 향후 냉각설계안에 따른 성능, 냉각, 압력손실, 그리고 무게 등과 같은 상반된 요구조건을 종합적으로 비교/분석하는 설계도구로 활용될 것으로 기대된다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2003년도 제20회 춘계학술대회 논문집
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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.

• 대한기계학회논문집B
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• 제20권7호
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• pp.2386-2396
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• 1996

본 연구에서 수행한 큰 지름비를 가지는 동축제트 확산화염 연소기내의 등온 및 연소 유동장에 대한 수치해석 결고를 요약하면 다음과 같다. 1) 큰 지름비를 가지는 동축제트 확산화염 연소기내의 등온 유동을 수치해석한 경우 k-.epsilon. 난유모델은 큰지름비를 갖는 기하학적 특성 때문에 C $O_{2}$와 공기의 유량비에 따라 나타나는 세가지 유동구조를 정성적으로 잘 예측하였다. 2) 공기의 유량이 고정되고 C $O_{2}$의 유량이 증가하는 등은 유동의 경우, 후방정체점은 실험치보다 훨씬 과도하게 예측되고 있으나, C $O_{2}$의 유량증가와는 거의 무관하게 나타나는 실험결과를 그대로 반영하였다. 그리고 C $O_{2}$으 유량증가에 거의 선형적으로 비례하는 전방정체점의 위치와 급격히 감소하는 재순환유동영역으로 갈수록 정량적인 불일치가 커지게 됨을 볼 수 있으며 이는 연료제트의 속도척도가 상대적으로 커지면서 연료제트가 공기의 재순환유동을 간헐적으로 뚫고 나가며 나타나는 용접유동구조에 의한 비정상성 때문으로 사료된다. 3) C $O_{2}$의 유량이 고정되고 공기의 유량이 증가하는 등온유동의 경우, 전방정체점의 변화에 대한 실험과 수치해석 결과와 정량적인 일치를 보이고 있으나 후방정체점은 실험치에 비해 과대예측되었다. 공기의 평균유입속도가 증가함에 따라 전방정체점의 위치가 입구쪽으로 옮겨가는 경향을 나타내고 있으며 공기의 유량이 증가함에 따라 공기에 이한 재순환영역의 강도와 공기의 최대역류속도가 커지므로 상대적으로 C $O_{2}$ 제트가 재순환 유동장을 관통할 수 있는 거리가 즐어드는 현상을 잘 예측하였다. 4) k-.epsilon. 난류모델과 수정된 eddy-breakup 연소모델을 사용하여 bulff-body 연소기내의 연소유동을 수소에 의한 열팽창효과를 포함시킨 경우 유동장과 온도장이 약간 더 하류족으로 팽창되는 영향이 나타났으며 본 연구의 수치결과만을 놓고 볼 때 열팽창효과와 Arrhenius 화학반응률을 고려한 경우가 실험치에 다소 근접한 결과를 나타내었다. 5) 수치결과와 실험의 불일치는 등방성 가정에 근거를 두는 k-.epsilon.난류모델이 갖는 한계, 중간생성물을 무시한 일단계 비가역반응모델을 사용한 난류 연소모델의 한계, 밀도변화를 가지는 유동장에서 일정한 Schmisr 수 가정의 적용한계, 그리고 불확실한 입구경계조건에 기인한다. bluff-body 연소기내의 난류연소유동장에 대한 예측능력을 향상시키기 위해서 추후 연구에서는 더욱 발전된 물리모델인 ASM 난류모델과 RSM 난류모델 그리고 joint PDF 연소모델과 coherent flamelet 모델등을 이용한 수치모델의 개발을 체계적으로 수행할 예정이다.

• 한국추진공학회지
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• 제13권2호
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• pp.17-25
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• 2009

본 연구에서는 연소실의 축방향 압력과 속도변화를 고려한 비정상 내탄도 해석모델을 제안하고 이를 바탕으로 침식연소에 미치는 인자를 해석하였다. 개발 모델의 검증을 위하여 침식연소가 없는 경우와 침식연소가 있는 경우에 대하여 선행연구 결과와 비교하였으며 해석결과가 일치함을 확인하였다. 연소실 압력, 그레인 길이, 그레인 초기온도, 추진제 기화온도가 침식연소에 미치는 영향을 조사하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.857-862
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• 2011

상세 화학반응 모델을 이용하여 3차원 터빈 배기가스 유동을 2차원 축대칭 유동으로 가정하여 해석하였다. GRI의 35 화학종 217 단계의 상세 모델과 메탄 반응만을 간략화 시킨 11화학종 15단계 모델을 적용하여 비교하였다. 메탄 화학반응을 적용한 결과 저부에서 터빈 배기가스의 이차 연소가 나타났고 터빈 배기 노즐이 없는 경우에 비하여 온도가 600K 정도 더 높게 나타났다. 실제 3차원 문제에서는 국부적인 온도는 더 높을 수 있음을 의미한다. 화학 반응 모델에 따라 저부에서의 연소 영역과 화학종 분포도 약간 다르지만 저부에서의 이차 연소는 모두 포착하였다. 다만 간략화된 모델인 경우 엔진 플룸의 구조에 약간의 영향을 주는 것을 관측된다.

• 한국추진공학회지
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• 제20권4호
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• pp.9-18
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• 2016

본 논문에서는 고체 로켓 모터의 유동-구조 연성 해석을 위해서 추진제 침식 연소 모델링 및 영향인자에 대한 분석을 수행하였다. Lenoir & Robillard 모델식을 적용해 침식연소 현상을 예측하기 위해서 침식연소에 영향을 줄 수 있는 인자를 고려하여 침식연소 모사모터의 제작, 시험 및 분석을 수행하였다. 시험 결과 침식연소가 이루어짐을 확인하였으며, 이를 바탕으로 알루미늄 입자의 포함 여부, 특성 길이에 따른 침식연소 상수의 연관성, 추진제 초기 온도 영향성 등을 고려하여 침식연소 모델과 영향인자에 대해 분석하였다. 확보한 침식연소 모델을 적용하여 유동-구조 연성 해석을 수행하였으며, 시험 결과와 유사함을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.257-262
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• 2009

고체 연료 추진기관의 연소관에 대한 구조 특성 및 안전성을 평가하기 위해 탄소성 구조해석을 수 행하였다. 기본 모델인 토리구형(torispherical) 돔 형상을 갖는 연소관에 대해 2차원 축대칭 모델과 3차원 전체 모델에 대해 구조 해석을 비교 평가하였으며, 볼트 모델에 대한 체결력이 고려되었다. 이때, 단순화된 2차원 축대칭 모델과 3차원 전체 모델의 응력과 변위에 대한 해석 결과가 잘 일치함을 확인하였다. 따라서 연소관의 초기 설계단계에서 빠른 구조 안전성 검증과 모델링 및 해석 시간의 절감을 위해 단순화된 2차원 축대칭 모델이 추천된다. 또한, 최적의 돔 형상을 선택하기 위해 5가지 돔 형상에 따른 연소관에 대해 구조 특성 및 안전성을 평가하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2006년도 제26회 춘계학술대회논문집
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• pp.257-263
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• 2006

액체로켓엔진 연소기는 연소성능 및 연소안정성 분야에 있어서 높은 신뢰도를 가져야 한다. 특히, 추진제의 혼합을 담당하는 분사기는 이 신뢰도를 결정짓는 중요한 요소이다. 연소안정성 관점에서 수행된 본 연구는 모델 상사 기법을 이용하여 동축 와류 분사기의 연소안정성 특성을 평가하였다. 또한 연소안정성 증대를 위해 사용하는 배플의 경우 축방향 길이 및 간극 변화로부터 나타나는 효과를 검토하였다.