• 한국항공우주학회지
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• 제45권4호
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• pp.300-309
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• 2017

우주비행체는 우주공간에서 소형 추력기를 통해 연소가스를 노즐 외부로 배출시킴으로써 궤도보정 및 자세제어에 필요한 반작용 모멘텀을 발생시킨다. 이때 배출된 배기가스가 우주비행체의 표면과 충돌하면서 발생된 교란 힘 및 교란토크, 열 부하, 표면 오염 등은 우주비행체의 수명 단축 및 기능저하를 유발시킬 수 있으므로 추력기 배기가스 거동에 관한 예측은 우주비행체 설계시 매우 중요한 절차라고 할 수 있다. 본 연구에서는 우주비행체의 자세제어용 추력기로 사용되는 10 N급 이원추진제 추력기의 배기가스 거동을 수치적으로 해석함으로써 우주비행체 설계에 필요한 핵심기술을 확보하는 것이 목적이다. 이를 위해 모노메틸하이드라진(MMH) 연료와 사산화이질소(NTO) 산화제의 화학평형반응과 추력기 노즐 내부 연속체 영역 계산을 수행한 후 배기가스 해석을 위한 직접모사법(DSMC)의 유입조건으로 적용하였다. 해석 결과, 이원추진제 추력기 노즐 부근에서 배기가스의 화학종 박리와 같은 비평형 팽창과 후방유동의 특성들을 예측할 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권6호
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• pp.460-468
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• 2021

본 연구는 multi fan 방식의 "공랭식 연소설비"의 공정관리상의 문제점을 single F.D. fan 으로 대체하여 개선시키기 위해 CFD 진행하였고, 연소로 내 유동조건 변화를 분석하여 문제점을 확인하였다. 이를 개선하기 위해 연소공기 주입구조를 변경하였고, 구조 변화에 따른 연소효율 개선을 수치해석으로 평가하였다. 또한 실제 연소설비에 수치해석결과를 반영하여 구조개선을 한 후 개선 전·후의 연소효율을 실험적으로 측정하였다. 먼저 기존 Single F.D fan 이 적용된 연소설비에 대한 수치해석을 통해, 2개의 유로로 공급되는 연소공기가 각 유로의 마찰력 차이와 압력의 변화로 인해 연소로 내에서 공급비율이 불규칙하게 되어 선회방식의 연소조건을 위한 축 형태의 난류형성이 어려움을 확인하였다. 이를 개선하기 위해서 연소로에 주입하는 공기 공급 방식을 두 가지로 나누어 수치해석을 하였다. 첫 번째 방식은 연소공기를 외벽에서 180 ~ 360° 회전 후 예열된 연소공기가 주입되는 구조에 대하여 검토하였고, 두 번째는 연소로 내에는 선회할 수 있는 베인(vane) 구조를 적용하여 연소로 밖에서 1차 열교환 후 연소로 내부에 접선방향으로 연소공기가 주입되는 구조에 대하여 검토하였다. 그 결과, single F.D. fan을 가진 공랭식 연소로에 선회방식으로 공기를 주입할 경우, 연소로 외벽의 냉각과 연소로 내부의 완전혼합 유지를 위해 이중 냉각벽을 가지는 덕트 구조를 적용하는 것이 연소조건을 최적화하는데 바람직한 것으로 나타났으며, 실제 운영중인 설비에 적용하여 개선 전·후의 연소효율을 비교한 결과 연소효율이 개선되는 것을 확인할 수 있었다.

• 대한기계학회논문집
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• 제11권1호
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• pp.53-62
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• 1987

본 논문에서는 1 KW CW CO$_{2}$레이저 발생자장치를 사용하여 표면경화 처리 를 행할때 공정과 관련된 변수들이 용접부 및 표면경화층에 미치는 영향들을 이론과 실험을 통해서 규명하고, 이 결과들을 실제공정에 사용할 수 있는 기초자료로서 제시 하고자 한다. 이를 위해서 해석에 사용될 수 있는 유한요소법(Finite Element Meth- od)에 근거한 2차원 열유동 해석용 프로그램 및 데이타 처리 프로그램을 개발하고, 중 탄소강에 레이저 표면처리를 수행하여 실험 및 이론해석의 결과를 비교 검토하였다. 비교 검토하여 그 설정기준을 고찰하였다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제14권5호
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• pp.29-40
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• 2009

일반적으로 균열 암반 내 지하수 흐름을 이해하는 것은 터널 굴착과 지하 동굴 건설시 중요한 사안이다. 이런 경우에 굴착이전부터 굴착완료까지의 시추공 자료는 균열암반 내 지하수 유동 변화를 고찰하는데 있어서 유용하다. 그러나 충분한 시추공 자료가 여의치 않은 경우가 많다. 본 연구는 경기도 광주시 직리터널 지역에 대해 수리상수, 터널 굴착 후기의 지하수 모니터링 자료, 국가지하수관측망 자료, 전기비저항탐사 자료를 이용하여 직리터널 건설로 인한 지하수 유출량을 평가하였다. 해석학적 방법에 의해 계산된 지하수 유출량은 $7.12{\sim}74.4\;m^3/day/m$이었으며, 수치 모델링을 이용하여 산출된 지하수 유출량은 $64.8\;m^3/day/m$이다. 두가지 모델을 비교할 때, 수치 모델링에서는 공간적인 수리상수 변화를 고려할 수 있는 반면에 해석학적 방법으로는 이것이 불가능하기 때문에 수치 모델링에 의한 지하수 유출량이 더 합리적인 것으로 판단된다. 한편, 수치 모델링에 의하면 터널 건설이 완료되고 약 1년 후에는 하강되었던 지하수위가 터널 굴착이전으로 회복되는 것으로 모사되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.644-648
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• 2019

본 연구에서는 구획 공간에서 가솔린 화재 시 내벽의 열전도 계수 변화에 따른 열유동 현상에 관한 기초 연구를 수행하였다. 이를 위해서 내벽의 열전도 계수가 $0.18W/m{\cdot}K$인 내화보드의 재질로 구성된 가로 0.4 m, 세로 0.6 m, 높이 0.6m인 축소된 구획공간을 제작하였으며, 개구부 면적이 $0.12m^2$이고 연료 팬의 크기가 $0.01m^2$인 조건에서 가솔린 화재실험을 수행하여 높이 0.37 m 국부지점의 온도와 총괄 발열량을 산출하였다. 벽면 열전도 계수 변화가 구획 공간 내부의 온도 분포에 미치는 영향을 분석하기 위해서 화재해석 프로그램인 FDS(Fire Dynamic Simulator)를 사용하여 동일한 발열량 조건에서 온도분포 측정값과 해석결과를 비교하였다. 그 결과 최대 발열량이 4.8 kW인 정상상태 구간에서 온도분포 예측 값이 10 % 이내로 일치하는 것을 확인하였으며, 벽면 열전도 계수가 $0.1W/m{\cdot}K$에서부터 $100W/m{\cdot}K$까지 증가한 결과 벽면의 평균 온도는 약 71% 정도 감소되는 것으로 예측되었다.

• 대한기계학회논문집
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• 제10권3호
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• pp.343-348
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• 1986

본 연구는 이와 같은 필요성에 의해 빛의 간섭현상을 이용하여 액체막이 부차 적인 유동을 일으키기 이전에 용착성장속도를 정량적으로 측정할 수 있었고, 터어빈 날개의 부식에 직접적으로 문제를 일으키는 황산나트륨과 황산칼륨의 용착성장속도를 측정하였다. 본 연구는 종래 액체막의 성장속도만을 빛의 간섭현상을 이용하여 측정 해오던 측정범위를 광원으로 사용된 레이저의 편광상태, 굴절율, 입사각등의 변화에 따른 간섭신호의 비교연구를 통해 고체상태막의 성장속도 및 막이 기화되어 증발되는 현상도 측정하였다. 따라서 증기상태의 무기염이 금속표면에 용착될 때 적용해온 Rosner의 이론을 실험결과와 비교할 수 있었고 응축된 상태로 증기에 표함되어 있는 경우와 이슬점(dew point:표면에 더 이상 용착이 일어나지 못하는 표면온도)의 해석에 보다 확장된 개념들을 도입할 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권12호
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• pp.1113-1120
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• 2013

본 연구에서는 $45^{\circ}$기울어진 저온의 사각형 밀폐계 내부에 존재하는 고온의 원형 실린더의 위치 변화에 따른 밀폐계 내부 자연대류 현상에 대한 수치해석을 수행하였다. Rayleigh 수는 $10^3$부터 $10^5$까지 변화하였으며 내부 실린더의 위치는 $-0.4{\leq}{\delta}{\leq}0.4$ 범위에서 0.1 간격으로 변화시켰다. 원형 실린더의 위치 변화에 따른 밀폐계 내부의 자연대류 현상은 실린더 표면과 밀폐계 표면의 Nu 수, 밀폐계 내부의 등온선 및 유선을 바탕으로 분석하였다. 본 연구에서 고려한 Rayleigh 수의 범위와 원형 실린더의 위치 범위에서는 밀폐계 내부의 열유동은 정상상태의 특성을 보였다. 그리고 내부 원형 실린더가 벽면에 가까워 질수록 실린더벽면과 밀폐계 벽면의 평균 Nu 수가 증가하였다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2004년도 춘계 학술대회논문집
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• pp.146-153
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• 2004

The Numerical study has been carried out to investigate the effects of chemical reaction and thermal radiation on the rocket plume flow-field at various altitudes. The theoretical formulation is based on the Navier-Stokes equations for compressible flows along with the infinitely fast chemistry and thermal radiation. The governing equations were solved by a finite volume fully-implicit TVD(Total Variation Diminishing) code which uses Roe's approximate Riemann solver and MUSCL(Monotone Upstream-centered Schemes for Conservation Laws) scheme. LU-SGS (Lower Upper Symmetric Gauss Seidel) method is used for the implicit solution strategy. An equilibrium chemistry module for hydrocarbon mixture with detailed thermo-chemical properties and a thermal radiation module for optically thin media were incorporated with the fluid dynamics code. In this study, kerosene-fueled rocket was assumed operating at O/F ratio of 2.34 with a nozzle expansion ratio of 6.14. Flight conditions considered were Mach number zero at ground level, Mach number 1.16 at altitude 5.06km and Mach number 2.9 at altitude 17.34km. Numerical results gave the understandings on the detailed plume structures at different altitude conditions. The diffusive effect of the thermal radiation on temperature field and the effect of chemical recombination during the expansion process could be also understood. By comparing the results from frozen flow and infinitely fast chemistry assumptions, the excess temperature of the exhaust gas resulting from the chemical recombination seems to be significant and cannot be neglected in the view point of performance, thermal protection and flow physics.

• 한국전산유체공학회지
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• 제21권4호
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• pp.1-10
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• 2016

The analysis of characteristics of turbulent flow and thermal boundary layer for natural convection caused by fire along vertical wall is performed. The 4m-high vertical copper plate is heated and kept at a uniform surface temperature of $60^{\circ}C$ and the surrounding fluid (air) is kept at $16.5^{\circ}C$. The flow and temperature is solved by large eddy simulation(LES) of FDS code(Ver.6), in which the viscous-sublayer flow is calculated by Werner-Wengle wall function. The whole analyzed domain is assumed as turbulent region to apply wall function even through the laminar flow is transient to the turbulent flow between $10^9$<$Gr_z$<$10^{10}$ in experiments. The various grids from $7{\times}7{\times}128$ to $18{\times}18{\times}128$ are applied to investigate the sensitivity of wall function to $x^+$ value in LES simulation. The mean velocity and temperature profiles in the turbulent boundary layer are compared with experimental data by Tsuji & Nagano and the results from other LES simulation in which the viscous-sublayer flow is directly solved with many grids. The relationship between heat transfer rate($Nu_z$) and $Gr_zPr$ is investigated and calculated heat transfer rates are compared with theoretical equation and experimental data.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2002년도 제24회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
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• pp.85-94
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• 2002

Computational flow dynamics(CFD) has been frequently applied to the waste incinerators to understand the flow performance for various design and operating parameters. Though it needs many simplifications and complicated flow models, the reasonability of its results is not fully evaluated. For example, the inlet condition is calculated from an arbitrarily assumed properties of combustion gas release from the waste bed, since the combustion in the bed is difficult to be predicted. In this study, the computational modeling and calculation procedures of CFD for the grate type waste incinerator were evaluated using comparative simulations. Though the assumption method on the generation of the combustion gas directly affected the temperature and gas species concentrations, the overall flow pattern was dominated by the secondary air jets. The gaseous reaction could be included by assuming the release of the products of incomplete combusion from the bed. However, the reaction effficiency cannot not be directly evaluated from the species concentration, since it is not possible to simulate the actual co-existence of fuel rich or oxygen rich puffs over the bed. In predicting the turbulence, the higher order model, such as Reynolds stress model, gave difference shape of local recirculation zones, but similar results was acquired from the standard $k-{\varepsilon}$ model. Introducing radiation model was required for accurate temperature prediction, but it also caused heat imbalance due to the fixed temperature of the inlet, i.e. the waste bed. Thus, the computational modeling procedures on incinerators and the analysis of the predicted results should be progressed carefully. Though not validated experimentally, current simulation method is capable of comparative evaluation on the flow-related parameters such as the furnace shape and secondary air injection using identical inlet conditions. Quantitative analysis using measures of the residence time and mixing is essential to compare the flow performance efficiently.