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저자정보
김은총 (세종대학교) 박익수 (국방과학연구소) 한승주 (국방과학연구소) 류재훈 (국방과학연구소) 심형섭 (세종대학교)
저널정보
한국추진공학회 한국추진공학회 학술대회논문집 한국추진공학회 2024년도 제63회 추계학술대회 논문집
발행연도
2024.11
수록면
154 - 166 (13page)

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최근 고체연료 램제트 엔진(Solid Fuel Ramjet, SFRJ)은 높은 비추력, 단순한 구조, 그리고 연소 안정성 등 여러 장점으로 인해 다시 주목받고 있다. 본 연구에서는 상용 전산유체역학 소프트웨어를 사용하여 고체연료의 열분해 및 연소 거동에 대한 반응 유동 해석을 수행하였다. 다양한 반응 모델과 연료 표면에서의 열분해 경계 조건을 평가하고, 시뮬레이션 결과를 선행 연구의 실험 결과와 비교 분석하였다. 또한, 실험 데이터와 가장 일치하는 반응 모델 및 경계 조건을 적용하여 흡입구 공기질량 유량과 온도의 변화가 미치는 영향을 확인하였다. 이를 위해 Eddy Dissipation Model (EDM)과 확률밀도함수(Probability Density Function, PDF)기반 모델인 Non-Premixed Combustion Model (NPCM) 두 가지 반응 모델을 사용하였다. 고체연료의 열분해 과정은 연료가 완전히 분해되어 기체상으로 연소기에 주입된다는 가정하에 시뮬레이션을 수행하였으며, 이는 질량유량입구와 벽+소스 항경계 조건을 사용하여 모델링하였다. 해석 결과, NPCM 모델이 벽+소스 항 경계 조건과 결합되었을때, EDM보다 실험 데이터와 더 높은 일치도를 보였다. 특히, 외부 영역 경계의 y축 방향 확장 거리의 실험결과와 상대 오차율은 약 2.6%, 온도 예측에서는 약 10.2%로 NPCM은 EDM에 비해 현저히 낮은 상대 오차율을 나타내었고 이후, 매개변수 시뮬레이션의 해석 조건으로 적용되었다. 매개변수해석 결과, 공기의 질량 유속과 온도가 증가할수록, 예혼합 영역에서 CO의 질량 분율이 증가하는 경향을 보였으며, 연소가 진행됨에 따라 예혼합 영역 하류에서 CO₂의 질량 분율 또한 증가하는 것으로 확인되었다. 이러한 연구 결과는 향후 고체연료 램제트의 설계 및 성능 최적화, 특히 연료 효율성과 연소 안정성 향상에 유용한 정보를 제공할 수 있다.
#Solid Fuel Ramjet(고체연료 램제트) #Computational Fluid Dynamics(전산유체역학) #Reaction Model(반응 모델) #Boundary Condition(경계 조건)

목차

ABSTRACT
초록
1. 서론
2. 이론적 배경
3. 해석 기법 검증 시뮬레이션
4. 입구 조건에 따른 매개변수 연구
5. 결론
References

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