• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2017.05a
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• pp.320-324
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• 2017

Effect of elliptical orifice on the spray characteristics of liquid jet ejecting into subsonic crossflows were experimentally studied. Circular/elliptical plain-orifice injectors, which had different ratios of the orifice length to diameter and major axis to minor axis, were used for transverse injection. Compared with the previous research, breakup lengths of elliptical nozzles are shorter than circular nozzles at all experimental condition. Cavitation/hydraulic flip are considered as a reduction in the breakup length at all circular/elliptical nozzle. In the case of liquid column trajectories, major axis which was placed to the crossflows, increases the frontal area of the liquid column exposed to the crossflows. Hence, the aerodynamic force exerted on the jet is increased and the penetration depth is reduced.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2017.05a
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• pp.682-685
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• 2017

An experimental study was carried out to investigate the injection characteristics of non-circular effervescent type twin-fluid nozzles. For this purpose, two types of non-circular nozzles (E1, E2) and one kind of circular nozzle (C) were used. At this time, the Aerorator mounted on the nozzle used three different diameters to match the aspect ratio with the nozzle exit area. Therefore, experiments were performed according to three aspect ratios for each nozzle, and a total experiments were conducted. Experiments were carried out by controlling the amount of air flowing after fixing the flow rate of the liquid, and the nozzle internal pressure and SMD were measured, and the jet image was taken from the nozzle. The discharge coefficients of the three kinds of nozzles were compared with the conventional equation and the Jedelsky's equation, and the Jedelsky's equation was found to be about 4 times larger. The droplet size (SMD) injected from the nozzle was found to be smaller in the non-circular shape than in the circular shape, which is expected to be caused by the difference of the discharge coefficient values.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.21 no.5
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• pp.19-28
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• 2017

Effects of cavitation and hydraulic flip in circular and elliptical nozzles on the flow characteristics have been studied. Spray tests were conducted using injectors with different ratios of an orifice length(L) to a diameter(d) and of a major axis diameter(a) to a minor axis diameter(b). With the increment of an injection pressure drop, discharge coefficients slightly decreased in cavitation flows, and those suddenly dropped and were almost constant in hydraulic flip flows. For elliptical nozzles with L/b > 8 and L/a < 8, discharge coefficients and flow patterns showed different results from those in previous circular nozzles. When a flow in the elliptical nozzle was under steady condition, as the liquid column went downstream from the nozzle, its spray angle a little decreased in the plane of a major axis and increased in the plane of a minor axis.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.36 no.3
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• pp.325-333
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• 2012

An experimental study was carried out to determine the correlation between the internal flow in a circular nozzle and elliptical nozzles with the external flow. The flow rate, spray angle and drop size were measured under various conditions of the injection pressure. Numerical simulations were attempted to investigate the internal flow structure in the elliptical nozzles, because the experimental study was limited in its measurements of flow velocity and pressure distributions in the relatively small orifice. In the case of the elliptical nozzles, the disintegration characteristics of the liquid jet were significantly different from those of the circular nozzle. Surface breakup was observed at the jet issued from the elliptical nozzles with injection pressure. This is due to the internal flow structure, which is reattached to the orifice wall at the minor axis plane of the elliptical nozzle, unlike that observed with the circular nozzle.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.35 no.10
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• pp.1005-1012
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• 2011

The purpose of this study was to investigate the internal nozzle flow and cavitation characteristics numerically in both circular and elliptical nozzles. The program FLUENT 6.2 was used to perform the numerical simulation of the cavitating flow in the nozzles. A comparison was made between the cavitation shapes predicted numerically and those found experimentally in order to validate the numerical solution. This study showed that the cavitation in the circular nozzle had a cylindrical shape that was symmetrical with the nozzle axis. However, the cavitation in the elliptical nozzles had a horseshoe-like shape. In addition, the radial velocity distribution varied between the major and the minor axis planes when the working fluid was flowing into the inlet.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.34 no.10
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• pp.933-939
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• 2010

The purpose of this study is to investigate the generation and development of cavitation in circular and elliptical nozzles. In order to investigate the influence of cavitation, the experiment was conducted with a set of elliptical nozzles that had the same cross-sectional area, different orifice aspect ratios (a/b). Each nozzle was made of acrylic so that visualization was possible. With the injection pressure, the internal flow of the nozzle was classified into the no-cavitation, cavitation, and hydraulic-flip regions. Regardless of the nozzle geometry, with the injection pressure, the flow rate in the no-cavitation and cavitation regions increased and the discharge coefficient decreased. However, the flow rate was constant in the hydraulic-flip region. In the elliptical nozzles, the generation and development of cavitation occurred at higher cavitation number than that in the case of a circular nozzle.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2000.04a
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• pp.32-32
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• 2000

잠입노즐은 로케트 추진기관의 길이 및 중량을 감소시켜 체계설계의 관점에서 볼 때 많은 이점을 제공한다. 본 연구에서는 3단형 과학로케트 원지점 차넣기 모타(apogee kick motor)에 적용하기위한 잠입노즐의 기초기술 개발에 주안점을 두었다. 고고도에서 저속으로 회전하며 비행하는 원지점 차넣기 모타를 제작하기위해서 체계 요구성능에 의해 예상된 실물형의 50% 크기에 해당하는 축소형 잠입노즐을 제작하였다. 잠입노즐은 잠입부의 내외부가 고온의 추진제 연소가스에 노출된 상태에서 노즐 내부 압력 외에 연소실압에 의한 외부압력이 작용하므로 이를 고려한 열 및 구조설계가 중요하다. 본 연구에서는 노즐 수렴부와 목부에 일체형 그라파이트 소재를 적용하고 확장부 내열재 및 잠입부 배면내열재에 탄소/페놀 복합재를 노즐 내열재로 사용하였다. 그리고 이들의 구조적 지지를 위해 스틸구조물을 적용하였다. 적용된 스틸구조물에는 K형 열전쌍을 이용해 내열재와 구조물 온도를 측정할 수 있는 관통구멍 및 나사부를 구조물 외변에 가공하였다. 열전쌍은 노즐 목직경의 2, 4배 되는 확장부 내열재 단면위치의 2mm와 4mm 깊이와 구조물 내면 및 외면의 4개소에 열전쌍을 부착하여 지상연소시험시 노즐 내열재와 구조물의 온도분포를 관찰한다. 그리고 노즐 조립시 확장부 내열재와 구조물에 각 각 반원형 홈을 내어 여분의 접착제가 원형 홈에 밀려들어가 경화되어 노즐 기밀유지와 체결력을 향상시킬 수 있는 원형공간 접착제 충전 공법을 적용하여 실제모타에 대한 적용가능성을 지상연소시험을 통해 확인한다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.36 no.3
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• pp.233-240
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• 2012

An experimental study to improve the impingement characteristics of the assist gas in laser cutting was carried out. For various assist-gas pressures, and locations and installation angles of the nozzle, the characteristics of the impingement of the jet from a supersonic rectangular nozzle were compared to those previously observed for typical circular nozzles. Schlieren flow visualizations and Pitot pressure measurements downstream of the kerf surface were utilized for this purpose. The present rectangular supersonic nozzle decreased the strength of the Mach disc occurring at the corner of the kerf surface, and thus, could weaken the separation of the assist gas on the kerf surface and increase the Pitot pressures downstream compared to conventional circular nozzles.

• Bulletin of the Korean Space Science Society
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• 2003.10a
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• pp.74-74
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• 2003

로켓엔진의 연소실에서는 고온의 연소가스로부터 다량의 열이 발생하기 때문에 이로부터 연소실을 보호하기 위한 방법이 필수적으로 요구된다. 한국 최초의 액체 로켓인 KSR-III 로켓의 주엔진인 KL-3 엔진에서는, 연소실을 보호하기 위한 방법으로 실리카/페놀(Silica/Phenolic) 내열재를 이용하는 용융냉각 방식을 채택하였다 용융냉각 방식은 내열재와 고온의 연소가스와의 물리ㆍ화학적 상호작용에 의해 삭마가 발생하게 되는데, 이러한 삭마는 연소실에서도 가장 고온부인 노즐목에 집중적으로 발생하는 경향이 있다. 그러나 노즐목에서 삭마의 진행은 노즐목의 크기를 증가시키고 연소압 및 추력을 감소시키는 부작용을 초래하게 된다. 본 연구에서는 이러한 열적 삭마에 의한 노즐목 크기의 증가량을 알아내기 위해 KL-3 엔진 노즐목의 형상을 측정하고자 시도하였으며, 노즐목의 삭마에 영향을 미치는 주요 인자를 확인하고 진행과정을 고찰하였다. 노즐목의 형상 측정을 위해서는 기존에 사용하던 3차원 변위 측정기를 이용한 방식의 접근이 곤란함에 따라 영상처리 기법을 도입한 측정 방식을 고안하여 사용하였으며, 이 장비는 만족스런 성능을 보여주었다. 시험결과를 통해서 삭마에 영향을 주는 주요 인자로 분무형태, 연소시간, 연소 온도를 제시하였고 이 중에서 분무형태는 삭마 형상에, 연소 시간 및 연소온도는 삭마량에 주로 영향을 끼친다는 것을 알 수 있었다. 또한 시간에 따른 삭마의 진행이 3개의 구간으로 나누어 설명할 수 있음을 밝혔는데, 노즐목이 원형을 그대로 유지하며 삭마진행이 미미한 구간, 원형에서 벗어나 요철형상이 발달하면서 삭마진행이 가속되는 구간, 요철형상이 이미 정착되어서 요철의 깊이만 증가하되 삭마량은 미미한 구간이다. 결과적으로 60초 연소 후 노즐목 면적 증가율은 +5.82% 정도이며, 이에 따른 연소압 및 추력의 감소 또한 1% 미만으로 미비하였다. 따라서 본 KL-3 엔진에 사용된 내열재의 내열 성능은 임무를 수행하기에 적절하다고 판단하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.55.2-55.2
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• 2010

기존의 thermal spray coating은 분사시 가스와 입자가 높은 열을 동반하여 상대적으로 차가운 기판과의 충돌되는 과정에서 기판과 입자 사이에 열응력이 발생하게 되고, 이것은 코팅 특성을 저하시킨다. 또한 고온의 가연성 가스등의 사용으로 작업 시 안전문제 등의 단점이 있었다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 분사 시 운동에너지를 주로 이용하는 cold spray coating 공정이 개발되었다. 이 공정은 코팅 입자를 임계속도 이상으로 가속시켜 입자와 기판이 충돌시 소성 변형을 통해 적층되는 코팅기술이다. Cold spray coating공정은 상온 코팅이 가능하기 때문에 주입입자의 물성이 비교적 그대로 유지되고, 고온의 열로 인한 기판의 변질을 막을 수 있다. Cold Spray coating에서 주로 원형 노즐을 사용하나 본 연구에서는 분사 효율 향상을 위한 광폭노즐을 사용하여 코팅 시간 단축을 기대하고 있다. 임계속도 이상의 입자 확보를 위하여 노즐의 expansion ratio와 노즐 shape의 변화를 주어 그에 따른 노즐내의 유동장을 수치해석을 통해 계산하였다. 분사되는 출구면과 기판 사이의 입자 속도 분포를 해석하였고, 이를 통해 임계속도 이상의 속도를 갖는 유효 입자들의 분포 및 유효 분사 면적을 예측하였다. 또한, 기존의 원형 노즐과 광폭 노즐과의 유동장 비교 및 각 노즐 분사면을 분석하여 cold spray coating공정에서의 효율적인 노즐 형상을 디자인하였다.