수소/산소 상세반응 메커니즘을 적용한 단일 전단 동축 분사기의 난류 연소 특성 해석 :Numerical analysis of turbulent combustion characteristics for a single element shear coaxial injector using H2/O2 detailed reaction mechanisms

엄재령

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자료유형: 학위논문

저자정보: 엄재령 (부산대학교, 부산대학교 대학원)

지도교수: 최정열

발행연도: 2016

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2016

수소/산소 상세반응 메커니즘을 적용한 단일 전단 동축 분사기의 난류 연소 특성 해석

엄재령 항공우주공학과 2016.01 학위논문

2015

기체수소/기체산소 동축 전단 분사기 적용 단일 연소기의 고해상도 수치 해석

엄재령 , 김귀순 , 최정열 한국추진공학회 학술대회논문집 2015.11 학술대회자료

GH₂/GO₂ 동축 전단 분사기 적용 단일 연소기의 기초 수치 해석

엄재령 , 김귀순 , 최정열 한국전산유체공학회 학술대회논문집 2015.10 학술대회자료

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The liquid rockets are developed and used as the core technology of space launch vehicle for high efficiency and high reliability. The hydrogen is the highest propulsion performance fuel among those used in space launch vehicles and it is useful in upper stage engine to fuel. In this paper, the numerical analysis of combustion flow was carried out about a GH2/GO2 single element shear coaxial injector to provide basic data for a study of liquid hydrogen rocket engine. Preliminary numerical study was carried out using 5th oMLP method for spatial discretization and AUSMDV numerical flux scheme. This case dealt with comparison of grid resolutions. Level 4 (number of grid on main combustor 1282×402) had a high quality of wall heat flux prediction. Secondly, high order spatial discretization methods were compared. 3rd order MUSCL method, 5th order WENO and oMLP method were applied for the analysis. As a result, it is more efficient to use high order numerical method on low grid resolution than using low order numerical method on high grid resolution. Finally, reaction mechanisms were compared on Level 3 (number of grid on main combustor 962×302) grid resolution and 5th order oMLP method. Detailed reaction mechanisms such as Jachimowski mechanism and UCSD mechanism is expected to get better results of wall heat flux rather than simple reaction mechanism, 7 steps mechanism.

목 차
1. 서 론 1
1.1. 연구 배경 1
1.1.1. 수소 연료 특성 2
1.1.2. 로켓 엔진 사이클 4
1.2. 단일 전단 동축 분사기 연소 현상 연구 동향 5
1.3. 연구 내용 7
2. 물리적 모델링 8
2.1. 지배방정식 8
2.2. 난류 모델 9
2.3. 화학 반응 모델 12
2.3.1. 7 Steps Mechanism 13
2.3.2. Jachimowski Reaction Mechanism 14
2.3.3. 압력 종속(Pressure-dependent) 메커니즘 14
3. 수치 해석 기법 19
3.1. 지배방정식 변환 19
3.2. 공간 차분 기법 20
3.2.1. 3차 TVD-MUSCL 기법 20
3.2.2. 5차 WENO 기법 22
3.2.3. 5차 oMLP(optimized MLP) 기법 24
3.2.4. AUSMDV 수치 플럭스 기법 25
4. 단일 전단 동축 분사기 연소 유동 해석 27
4.1. 해석 조건 27
4.2. 성능 지수 28
4.2.1. 벽 열 유속 29
4.2.2. 특성 속도 30
4.3. 기초 수치 해석 30
4.4. 고차 공간 차분법 적용 해석 35
4.5. 화학 반응 모델 적용 해석 40
5. 결론 43
참고 문헌 44

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