• 제목/요약/키워드: 초음속 연소

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BGK 수치기법을 이용한 로켓 노즐 내의 유동장 해석

  • 신동신;이재성
    • Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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    • 한국추진공학회 2000년도 제14회 학술강연논문집
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    • pp.16-16
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    • 2000
  • 충격파를 포함하는 초음속 유동을 해석하는 수치해법 중에서 많이 사용되어진 것은 엄밀 및 근사 리만 해법과 플럭스 분할 기법들로서 이들은 Euler 방정식에 기반을 두고 선형 또는 비선형파의 상호작용을 풍상 차분법으로 기술하는 방법들이다. 이러한 수치기법들은 과거 광범위하게 사용되어 왔으나 최근 여러 가지 단점이 발견되었다. 이와 같은 문제점을 극복하고자 입자의 통계적인 운동을 기술하는 기체 운동론에 근거하여 BGK 수치기법이 제시되었다. 이는 비충돌 볼츠만 방정식으로부터 입자의 수준에서 플럭스 분할 기법 형태의 풍상차분법을 구현하는 것으로 볼츠만 방정식의 충돌항을 BGK 모델로 대치하고 이것의 적분해로부터 수치 플럭스를 구한다. 이 수치기법은 기존의 리만해법에 비하여 수치적으로나 물리적으로 매우 타당한 성질인 강건성, 정확성, 엔트로피 조건, 양수보존성 등을 가지고 있음이 밝혀졌다. 이와 같은 수치기법을 사용하여 로켓 노즐 내의 아음속, 천이음속, 초음속에서의 유동장 해석을 위한 프로그램을 작성하였다. 시간 적분에 대하여는 정상 상태의 계산을 위하여 내재적 시간 적분 방법을 사용하였으며, 공간 이산화 방법으로는 임의의 제어체적에 대하여 적분형 보존 방정식을 적용하는 유한 체적법을 사용하였다. 초음속 입구 유동과 출구에서 초음속과 저음속 유동의 두가지 경우를 고려하여 얻은 결과를 기존의 연구 결과와 비교하여 본 결과 잘 일치하였다. 입구 유동이 저음속이고 출구 유동이 초음속인 경우에 대하여도 해석결과가 실험결과와 잘 일치하였다. 상대적으로 낮은 온도, 압력 조건과 높은 온도, 압력 조건을 가지는 고체 로켓 모터 노즐 내의 유동을 해석하였다. 이들 해석 결과를 전압, 전온도로 표준화시킨 결과 서로 일치하였으며, 파라서 저온, 저압에서 얻은 결과도 표준화시킬 경우, 고온, 고압에서도 사용될 수 있음을 알 수 있었다.의 영향에 초점을 맞추었다.다고 판단되며 배기 가스 자체에 대기 공기중에 함유되어 있던 습기가 얼어붙는(Icing화) 문제가 발생하기 때문에 배기가스의 Icing을 방지하기 위하여 압축기 끝단에서 공기를 추출하여 배기부분에 송출할 필요성이 있는 것으로 판단되었다. 출구가스의 기체 유동속도가 매우 빠르므로 (100-l10m.sec) 이를 완화하기 위한 디퓨저의 설계가 요구된다고 판단된다. 또 연소기 후방에 물을 주입하는 경우 열교환기 및 기타 부분품에 발생할 수 있는 부식 및 열교환 효율 저하도 간과할 수 없는 문제로 파악되었다. 이러한 기술적 문제가 적절히 해결되는 경우 비활성 가스 제너레이터는 민수용으로는 대형 빌딩, 산림, 유조선 등의 화재에 매우 적절히 사용되어 질 수 있을 뿐 아니라 군사적으로도 군사작전 중 및 공군 기지의 화재 그리고 지하벙커에 설치되어 있는 고급 첨단 군사 장비 등의 화재 뿐 아니라 대간첩작전 등에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.가 작으며, 본 연소관에 충전된 RDX/AP계 추진제의 경우 추진제의 습기투과에 의한 추진제 물성 변화는 미미한 것으로 나타났다.의 향상으로, 음성개선에 효과적이라고 사료되었으며, 이 방법이 편측 성대마비 환자의 효과적인 음성개선의 치료방법의 하나로 응용될 수 있으리라 생각된다..7%), 혈액투석, 식도부분절제술 및 위루술·위회장문합술을 시행한 경우가 각 1례(2.9%)씩이었다. 13) 심각한 합병증은 9례(26.5%)에서 보였는데 그중 식도협착증이 6례(17.6%), 급성신부전증 1례(2.9%), 종격동기흉과 폐염이 병발한 경우와 폐염이 각 1례(2.9%)였다. 14) 식도경 시행회수는 1회가 17례(54.8%), 2회가 9례(29.0%), 3회 이상이 5례(16.1%)였다.EX>$IC_{50}$/ 값이 210 $\mu\textrm{g}$<

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Flow characteristics of supersonic twin-fluid atomizers (초음속 2유체 분무노즐의 유동 특성)

  • Park, Byeong-Gyu;Lee, Jun-Sik
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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    • 제20권7호
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    • pp.2267-2276
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    • 1996
  • Twin-fluid atomization has been widely used in combustors and process industries because of its high performance and simple structure. Flow visualization and pressure measurements were conducted to investigate the effects of gas flow in twin-fluid atomization. Schlieren photographs showed that changes in atomizing gas pressure, altered the wave patterns, and the lengths of both recitrculating toroid (impinging stangnation point) nad supersonic flow region in the jet. A longer supersonic wave pattern like net-shape wqas observed as atomizing gas pressure increased. The disintegration phenomenon of liquid delivery tube. The variation of spray angles with gas pressures were obtained by visualization using laser sheet beam. Suction pressuresat the nozzle orifice exit and recirculating region are shown to be used to estimate the stable atomization condition of a twin-fluid atomizer.

Model Scramjet Engine Design for Ground Test (지상시험용 모델 스크램제트 엔진의 설계)

  • Kang, Sang-Hun;Lee, Yang-Ji;Yang, Soo-Seok
    • Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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    • 제11권5호
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    • pp.1-13
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    • 2007
  • Scramjet engine is one of the most promising propulsion systems for future transport. For the ground test with T4 shock tunnel, model scramjet engine is designed. Design flight Mach number is 7.6 and flight altitude is 30km. Engine intake is designed by Levenberg-Marquardt optimization method and Korkegi relation. Furthermore, cowl cut out region is installed by the rule of Kantrowitz limit. Inside the combustor, cavity type flame holder is installed. Cavity is designed by Rayleigh line relation and PSR model. Numerical analysis is performed for the design confirm.

Numerical Investigation on Cavity-Enhanced-Supersonic Combustion Engine of Upstream Fuel Injection in Cavity (공동내부 연료분사방식 초음속 연소기의 수치해석 연구)

  • Jeong, Eun-Ju;Jeung, In-Seuck
    • 한국연소학회:학술대회논문집
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    • 한국연소학회 제26회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
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    • pp.35-39
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    • 2003
  • A numerical study is carried out to investigate combustion phenomena in a model SCRamjet engine, which has been experimentally studied at the Australian National University using a T3 free-piston shock tunnel. The Mach number is 3.8, the static pressure 110kPa and the static temperature 1100K in the main air flow. The fuel is hydrogen, which is injected in the cavity. Equivalence ratio is set to either 0.25 or 0.5 to access its effect on the fuel-air mixing combustion phenomena. The results show that the cavity generates several recirculation zones, which increase the fuel-air mixing. Self ignition occurs near the point of fuel injection. The flame is anchored by the cavity and generates the precombustion shock on the step. For a high equivalence ratio, the recirculation zones are bigger and the flame is present throughout the combustor.

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Experimental Study on Supersonic Combustor using Inclined Fuel Injection with the Cavity, Part 1: OH-PLIF Measurement (공동 상류 경사 분사를 이용한 초음속 연소기의 실험적 연구, Part 1 : OH-PLIF 측정)

  • Jeong, Eun-Ju;Jeung, In-Seuck;O'Byrne, Sean;Houwing, A.F.P
    • Journal of the Korean Society of Combustion
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    • 제12권1호
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    • pp.11-20
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    • 2007
  • The supersonic combustion experiments are carried out using T3 free-piston shock tunnel. Different shock tube fill pressures have various inflow conditions. $15^{\circ}$ inclined hydrogen fuel injection is located before the cavity. Oblique shock is generated from the cavity and reflects off the top and bottom wall. For non-reacting flow, fuel makes the shear layer thicker above the cavity therefore, the shock is generated just before the trailing edge. This research has self-ignition in the combustor. For reacting flow, as the equivalence ratio increases, flame starts to generate near the injector or occur in the recirculation zone before the injector. High fuel injection sustains the jet shape in the cross flow and air can mix with fuel along the shear layer. Therefore, two flame layers find above the cavity for high equivalence ratio.

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Experimental Study on Supersonic Combustor using Inclined Fuel Injection with the Cavity, Part 2 : Pressure Measurement (공동 상류 경사 분사를 이용한 초음속 연소기의 실험적 연구, Part 2 : 압력 측정)

  • Jeong, Eun-Ju;Jeung, In-Seuck;O'Byrne, Sean;Houwing, A.F.P
    • Journal of the Korean Society of Combustion
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    • 제12권1호
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    • pp.21-27
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    • 2007
  • The supersonic combustion experiments are carried out using T3 free-piston shock tunnel. Different shock tube fill pressures have various inflow conditions. $15^{\circ}$ inclined hydrogen fuel injection is located before the cavity. Oblique shock is generated at the trailing edge of the cavity and reflects off the top and bottom wall. For non-reacting flow, static pressures in low equivalence ratio are similar to those in no fuel injection. As equivalence ratio is increased, static pressures are increased in the duct. In the similar equivalence ratio, static pressures are increased when total enthalpy is decreased. For reacting flow, the flame is occurred near the cavity. The combustion is weak locally in the middle of the duct. The up and down pressure distribution in the duct means that the supersonic combustion is generated.

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Experimental Study on Supersonic Combustion with Parallel Fuel Injection Method in the Cavity (공동 내부로의 평행분사방법을 이용한 초음속 연소의 실험적 연구)

  • Jeong, Eun-Ju;Jeung, In-Seuck;O'Byrne, Sean;Houwing, A.F.P
    • Journal of the Korean Society of Combustion
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    • 제12권2호
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    • pp.20-25
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    • 2007
  • The supersonic combustion experiments are carried out using T3 free-piston shock tunnel. Hydrogen Fuel is injected in the cavity parallel with air(or nitrogen) flow. The equivalence ratios in this study are 0.132 and 0.447. Experimental measurements use OH-PLIF near the cavity and pressures in the combustor. For parallel fuel injection case, direct fuel add into cavity leads to increase of cavity pressure. And Flame exists just near the bottom wall for low equivalent ratio. There is no flame in the cavity because of no mixing in it. Compared to the inclined fuel injection, ignition delay length is longer for low equivalence ratio in both case. OH distribution is not a single line but a repeatable fluctuation flame structure by turbulence. Pressure distributions have nothing to do with the fuel injection position.

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Experimental Study on Supersonic Combustion with Parallel Fuel Injection Method in the Cavity (공동 내부로의 평행분사방법을 이용한 초음속 연소의 실험적 연구)

  • Jeong, Eun-Ju;Jeung, In-Seuck;O'Byrn, Sean;Houwing, A.F.P
    • 한국연소학회:학술대회논문집
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    • 한국연소학회 2007년도 제34회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
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    • pp.31-36
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    • 2007
  • The supersonic combustion experiments are carried out using T3 free-piston shock tunnel. Hydrogen Fuel is injected in the cavity parallel with air(or nitrogen fuel) flow. The equivalence ratios in this study are 0.132 and 0.447. Experimental measurements use OH-PLIF near the cavity and pressures in the combustor. For parallel fuel injection case, direct fuel add into cavity leads to increase of cavity pressure. And Flame exists just near the bottom wall for low equivalent ratio. There is no flame in the cavity because of no mixing in it. Compared to the inclined fuel injection, ignition delay length is longer for low equivalence ratio in both case. OH distribution is not a single line but a repeatable fluctuation flame structure by turbulence. Pressure distributions have nothing to do with the fuel injection position.

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Numerical Analysis of Detonation Wave Propagation in SCRam-Accelerator (초음속 연소 탄체 가속기 내의 폭굉파 진행에 관한 수치해석)

  • Choi, Jeong-Yeol;Jeung, In-Seuck;Lee, Soo-Gab
    • Journal of the Korean Society of Combustion
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    • 제1권1호
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    • pp.83-91
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    • 1996
  • A numerical study is carried out to examine the ignition and propagation process of detonation wave in SCRam-accelerator operating in superdetonative mode. The time accurate solution of Reynolds averaged Navier-Stokes equations for chemically reacting flow is obtained by using the fully implicit numerical method and the higher order upwind scheme. As a result, it is clarified that the ignition process has its origin to the hot temperature region caused by shock-boundary layer interaction at the shoulder of projectile. After the ignition, the oblique detonation wave is generated and propagates toward the inlet while constructing complex shock-shock interaction and shock-boundary layer interaction. Finally, a standing oblique detonation wave is formed at the conical ramp.

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Design and Manufacture of Storage Air Heater (축열식 가열기의 설계 및 제작)

  • Lee, Yang-Ji;Kang, Sang-Hun;Park, Poo-Min;Yang, Soo-Seok
    • Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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    • 한국추진공학회 2006년도 제27회 추계학술대회논문집
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    • pp.43-46
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    • 2006
  • Storage air heater(SAH) is a general purpose facility that is used to simulate the high altitude condition of supersonic ground test facility, thurst compensation test of rocket engine nozzle and gas turbine engine combustor test. SAH in KARI is built to simulate the total temperature of the supersonic ground test facility which has a wide flight envelope from altitude 0km, Mach 2 to altitude 25km, Mach 5 and operates up to 1300K, 3.5MPa. In this paper, we introduces the SAH in JAXA which is model of SAH in KARI and summarizes the design process and manufacture of ours.

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