고온밸브의 비정상상태 복합열전달 해석 기법에 관한 연구 :

이경욱

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이경욱 (한밭대학교, 한밭대학교 대학원)

지도교수: 이종광

발행연도: 2016

저작권: 한밭대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2016

고온밸브 비정상상태 해석 기법에 관한 연구

이경욱 , 허선욱 , 권세진 외 1명 한국추진공학회 학술대회논문집 2016.05 학술대회자료

고온밸브의 비정상상태 복합열전달 해석 기법에 관한 연구

이경욱 기계공 2016.01 학위논문

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이 연구의 목적은 고온밸브 개발에 앞서 비정상상태 복합열전달 해석 기법을 확립하는 것이다. 해석 기법 확립을 위해 정상상태 해석과 비정상상태 해석을 수행하였다.
정상상태 해석에서 계산 영역 선정을 위해 외부 대기영역이 고온밸브 해석에 미치는 영향을 확인하였다. 외부 대기영역은 고온 밸브의 유동특성 및 온도 특성에 영향을 미치지 않았다. 격자 민감도를 확인하기 위해 25,000~120,000개의 격자에 대해 계산을 수행하였다. 격자수 변화에 따라 추력 값은 동일하였지만 온도 분포에서는 차이가 존재 하였고 65,000개 이상의 격자수부터 유의미한 차이가 존재하지 않았다.
각각의 난류모델 Spalart-Allmaras, RNG k-ε, k-ω SST에서 추력 값은 동일하였다. 고온밸브의 작동압력인 128 atm에서 각각의 난류모델은 약 2%의 온도편차가 존재하였다.
비정상상태 해석을 위해 시간간격과 반복횟수를 선정하였다. 해석은 고온밸브부의 격자만을 사용하였고 S-A난류모델이 적용되었다. 해석 결과 각각의 경우에 따라 유의미한 차이가 존재하지 않았다. 따라서 시간간격과 반복횟수를 각각 10 μs와 50번으로 선정하였다. 비정상상태 해석은 고온밸브의 작동시간을 고려하여 4구간에 걸쳐 구간별로 시간간격을 증가시켜 해석을 수행하였다. 각 구간에서 정량적 결과가 5% 이내의 차이를 보일 때 시간간격을 증가시켰다. 유동장은 8 ms, 압력장은 100 ms, 유동영역의 온도장은 5.5 sec에서 정상상태와 5%이내의 차이를 가졌다. 고온 밸브의 작동 시간인 10 sec에서 유동장, 압력장, 유동영역의 온도장은 정상상태에 도달하였지만 고체영역의 온도장은 정상상태와 7% 차이가 존재하였다. 구간을 나누어 시간간격을 증가시키는 해석을 수행 할 경우 시간간격을 증가시키지 않는 방법 대비 약 130배의 시간을 절감할 수 있었다.

The purpose of this study is to establish the numerical analysis method of conjugated heat transfer prior to the development of hot gas valve.
Steady and unsteady analysis was conducted in order to establish the analysis method. The effect of ambient region was checked in order to select computational domain. The existence of ambient region did not effect the characteristic of flow and temperature. The grid sensitivity was checked by varying the grid number from 25,000 to 120,000. The thrusts were same according to the number of grid, however, the differences were observed in the temperature distribution.
Three turbulence models were adopted to figure out its influence on the thrust and temperature distribution: Spalart-Allmaras, RNG k-ε, k-ω SST. The thrusts of the hot gas valve were almost same in all cases of the simulation, however, there were about 2% deviation in the temperature distribution in the operating pressure 128 atm.
The time step size and the iteration were selected for unsteady analysis. Analysis was conducted using S-A turbulent model and only valve grid. There were no significant difference. Hence time step size and iteration were chosen 10 μs and 50 times, respectively. Unsteady analysis has been conducted by increasing the time step size throughout the four sections considering the operating time of the hot gas valve. Time step size was increased when quantitative result reached within 5% difference in each section. Flow field, pressure field, temperature field in flow area were reached steady state with within 5% difference at 8 ms, 100 ms and 5.5 sec, respectively. Flow field, pressure field, temperature field in flow area were reached steady state at 10 sec from operating time of the hot gas valve, however, there are about 7% difference in the temperature field in solid area. Calculation time was reduced about 130 times compared with the existing calculation method.

#Pintle nozzle #CFD

목 차
List of Tables ⅲ
List of Figures ⅳ
Nomenclature ⅵ
국문요약 ⅶ
Ⅰ. 서 론 1
1-1. 연구 배경 1
1-2. 연구 동향 4
1-2-1. 해외 연구 동향 4
1-2-1. 국내 연구 동향 6
1.3 연구목적 및 범위 7
Ⅱ. 정상상태 해석모델 및 계산조건 8
2-1. 고온 밸브 해석 모델 8
2-2. 계산 영역 11
2-3. 해석 조건 12
Ⅲ. 정상상태 해석 결과 16
3-1. 계산 영역 선정 16
3-2. 격자 민감도 테스트 20
3-3. 난류 모델 테스트 21
Ⅳ. 비정상상태 해석 결과 26
4-1. 해석 방법 26
4-1-1. 시간간격 및 반복횟수 선정 26
4-1-2. 해석 구간 선정 28
4-2. 구간별 해석 결과 29
4-2-1. 유동장 발달 구간 29
4-2-2. 압력 상승 구간 29
4-2-3. 유동영역 온도장 발달구간 30
4-2-4. 고체영역 온도장 발달구간 30
4-3. 해석 소요 시간 35
Ⅵ. 결론 및 고찰 36
Ⅶ. 참고문헌 38
ABSTRACT 40

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	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

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