Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.32
no.5
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pp.91-96
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2004
An optimal design of the gas generator for Liquid Rocket Engine (LRE) was conducted. A fuel-rich gas generator in open cycle turbopump system was designed for 10ton in thrust with RP-1/LOx propellant. The optimal design was done for maximizing specific impulse of thrust chamber with constraints of combustion temperature and for matching the power requirement of turbopump system. Design variables are total mass flow rate to gas generator, O/F ratio in gas generator, turbine injection angle, partial admission ratio, and turbine rotational speed. Results of optimal design provide length, diameter, and contraction ratio of gas generator. And the operational condition predicted by design code with resulting configuration was found to maximize the objective function and to meet the design constraints. The results of optimal design will be tested and verified with combustion experiments.
Kim, Yong-Heon;Lee, Won-Su;Lee, Heoung-Yeoun;Koo, Kee-Young;Song, In-Kyu
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2009.06a
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pp.888-888
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2009
A simulation study on SCR (Steam Carbon dioxide Reforming) process in gas-to-liquid (natural gas to Fischer-Tropsch synthetic fuel) process was carried out in order to find optimum reaction conditions for GTL (gas-to-liquid) process reaction. Optimum SCR operating conditions for synthesis gas to FT (Fischer-Tropsch) process were determined by changing reaction variables such as feed temperature and pressure. During the simulation, overall synthesis process was assumed to proceed under steady-state conditions. It was also assumed that physical properties of reaction medium were governed by RKS (Redlich-Kwong-Soave) equation. SCR process was considered as reaction models for synthesis gas in GTL proess. The effect of temperature and pressure on SCR process $H_2$/CO ratio and the effect of reaction pressure on SCR reaction were mainly examined. Simulation results were also compared to experimental results to confirm the reliability of simulation model. Simulation results were reasonably well matched with experimental results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.4
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pp.443-448
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2010
In this paper, the changes in performance parameters, e.g., the combustor pressure, turbine power, engine mixture ratio, temperature of gas generator, and product gas, of a liquid rocket engine employing gas generator cycle with the variations in propellant-supply pressure have been described. Engine performance is numerically calculated using the 13 major system-level variables of the rocket engine. The combustor pressure and turbine power increase with an increase in the oxidizer-supply pressure and decrease with an increase in fuel-supply pressure. The lower mixture ratio of gas generator for increased fuel mass flow rate decreases the gas generator gas temperature and deteriorates the gas material properties as the turbine working fluid. The turbine power decreases with an increase in fuel-supply pressure; this results in a decrease in the main-combustor pressure, which is directly proportional to engine thrust.
In this study, the novel concept catalytic reactor was designed for water-gas shift reaction (WGS) under high pressure. The novel concept catalytic reactor was composed of an autoclave, the catalyst, and liquid water. Cu-ZnO/$Al_2O_3$ as the low temperature shift catalyst was used for WGS reaction. WGS in the novel concept catalytic reactor was carried out at the ranges of 150~$250^{\circ}C$ and 30~50 atm. The liquid water was filled at the bottom of the autoclave catalytic reactor and the catalyst of pellet type was located at the gas-liquid water interface. It was concluded that WGS reaction occurred over the surface of catalysts partially wetted with liquid water. The conversion of CO for WGS was also controlled with changing content of Cu and ZnO used as the catalytic active components. Meanwhile, the catalyst of honey comb type coated with Cu-ZnO/$Al_2O_3$ was used in order to increase the contact area between wet-surface of catalyst and the reactants of gas phase. It was confirmed from these experiments that $H_2$/CO ratio of the simulated coal gas increased from 0.5 to 0.8 by WGS at gas-liquid water interface over the wet surface of honey comb type catalyst at $250^{\circ}C$ and 50 atm.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.7
no.9
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pp.1-9
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1999
Liquid Petroleum Gas (LPG) has been widely used for commercial light-duty vehicles worldwide. Since LPG has a higher octane number and a lower maximum combustion temperature than gasoline , it becomes more popular fuel for reducing exhaust emissions. In tihs study, mathematical models of air intake and fuel delivery system are presented, and a PI-controller is designed for air-fuel ratio control. Hardware and software of an engine control module (ECM) are designed for an LPG engine. The ECM is built using a Motorola MC68HC05. In order to control the air-fuel ratio at stoichiometry, the PI-control algorithm is implemented in the ECM. The experiment results show the proto LPG ECM and its control scheme perform well to meet the stoichiometric air-duel ratio requirement.
A performance sensitivity of liquid rocket engine to propellant density or supply pressure change was studied. The analysis program was verified to have 1% error comparing with the measured data of a turbopump-gas generator system. The engine combustion pressure decreases as fuel supply pressure increases due to decreased mixture ratio which reduces the turbine power. The engine combustion pressure increases as fuel density increases because the total propellant flow rate is increased substantially even though mixture ratio is slightly decreased. The engine combustion pressure increases when the oxidizer density or supply pressure increases.
Lee, Jin-Ho;Hwang, Se-Yun;Lee, Sung-Je;Lee, Jang Hyun
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.5
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pp.299-308
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2022
This study was conducted to predict the tendency for heat exchange and boil-off gas (BOG) in a liquefied hydrogen tank under sloshing excitation. First, athe fluid domain excited by sloshing was modeled using a multiphase-thermal flow domain in which liquid hydrogen and hydrogen gas are in the saturated state. Both the the volume of fluid (VOF) and Eulerian-based multi-phase flow methods were applied to validate the accuracy of the pressure prediction. Second, it was indirectly shown that the fluid velocity prediction could be accurate by comparing the free surface and impact pressure from the computational fluid dynamics with those from the experimental results. Thereafter, the heat ingress from the external convective heat flux was reflected on the outer surfaces of the hydrogen tank. Eulerian-based multiphase-heat flow analysis was performed for a two-dimensional Type-C cylindrical hydrogen tank under rotational sloshing motion, and an inflation technique was applied to transform the fluid domain into a computational grid model. The heat exchange and heat flux in the hydrogen liquid-gas mixture were calculated throughout the analysis,, whereas the mass transfer and vaporization models were excluded to account for the pure heat exchange between the liquid and gas in the saturated state. In addition, forced convective heat transfer by sloshing on the inner wall of the tank was not reflected so that the heat exchange in the multiphase flow of liquid and gas could only be considered. Finally, the effect of sloshing on the amount of heat exchange between liquid and gas hydrogen was discussed. Considering the heat ingress into liquid hydrogen according to the presence/absence of a sloshing excitation, the amount of heat flux and BOG were discussed for each filling ratio.
A gas-liquid centrifugal separator is widely used in industry because of its simple geometry and little maintenance. Also, these separators have considerable advantages over filters, scrubbers or precipitators in term of compact design, low pressure drop and higher capacity. A gas-liquid centrifugal separator is a device that utilizes centrifugal force and low pressure to separate liquid from gas by density difference. Design parameters such as length of separation space, swirl vane exit angle, inlet to outlet pipe diameter ratio, models for separation efficiency and low pressure drop as a function of physical dimension are not available in literature. In present study, length of separation space (from vane to gas exit opening) has been studied using CFD. The 3-D Navier-Stokes equations are numerically solved using a fully implicit finite volume scheme. Based upon the obtained solutions, tangential velocities, centrifugal forces, vortices and total pressure losses are analyzed to find the best design parameters.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.16
no.2
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pp.25-33
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2012
A genetic algorithm (GA) has been employed to optimize the major design variables of the liquid rocket engine. Pressure of the main combustion chamber, nozzle expansion ratio and O/F ratio have been selected as design variables. The target engine has the open gas generator cycle using the LO2/RP-1 propellant. The gas properties of the combustion chamber have been obtained from CEA2 and the mass has been estimated using reference data. The objective function has been set as multi-objective function with the specific impulse and thrust to weight ratio using the weight method. The result shows about 4% improvement of the specific impulse and 23% increase of the thrust to weight ratio. The Pareto frontier line has been also obtained for various thrust requirements.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.11a
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pp.127-134
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2011
A genetic algorithm (GA) has been employed to optimize the major design variables of the liquid rocket engine. Pressure of the main combustion chamber, nozzle expansion ratio and O/F ratio have been selected as design variables. The target engine has the open gas generator cycle using the LO2/RP-1 propellant. The gas properties of the combustion chamber have been obtained from CEA2 and the mass has been estimated using reference data. The objective function has been set as multi-objective function with the specific impulse and thrust to weight ratio using the weight method. The result shows about 4% improvement of the specific impulse and 23% increase of the thrust to weight ratio. The Pareto frontier line has been also obtained for various thrust requirements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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