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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이창진
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 건국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수3
이 논문의 연구 히스토리 (3)
2016
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하이브리드 로켓은 상이 다른 연료와 산화제를 사용하는 로켓 엔진으로 열적 지연에 의한 20Hz 이하의 저주파수 불안정성을 내재하고 있다. 한편 최근 실험에 의하면 저주파수 불안정성 외에도 500Hz 대역의 압력 및 광도 진동이 나타나는 것을 확인하였다. 이러한 500Hz 대역의 압력 및 광도 진동은 안정적인 연소가 나타날 때보다 저주파수 연소 불안정성이 나타날 때 진폭이 증가하며 압력과 광도 섭동의 위상차가 90도 이하가 되는 것을 알 수 있다. 따라서 본 연구에서는 500Hz 대역의 압력 및 광도 진동이 저주파수 불안정성과 관계된 것으로 예측하였고 이에 원인을 분석하고자 하였다. 본 연구에서는 하이브리드 로켓 후연소실 형상에 의하여 나타나는 전단층 유동 진동과 관계된 것으로 예측하였고, 연료 기화 현상 및 미연 연료의 유입이 이에 영향을 미치는 것으로 예측하였다. 따라서 대와류 모사 기법을 이용하여 연료 기화 현상 및 미연 연료 유입을 모사한 계산을 수행하여 이를 분석하고자 하였다.
계산 결과 하이브리드 로켓 후연소실 유동은 후향 계단 유동과 유사한 진동 특성을 갖게 되는 것을 알 수 있었다. 이에 연료 기화 현상이 적용될 경우 후연소실의 난류 운동 에너지를 전반적으로 증가시키는 것을 알 수 있었으며 미연 연료 유입은 난류 운동 에너지를 후류까지도 확산시키는 역할을 하는 것으로 예측되었다. 이러한 난류 운동 에너지의 변화는 주파수 특성을 변화시키는 것으로 관찰되었다. FFT 결과, 연료 기화 현상이 적용된 경우 후연소실의 주파수 특성이 변화하면 실험 결과 나타나는 500Hz 주파수 대역에 대응되는 특성(St=0.3)이 나타나는 것으로 예측되었다. 이에 미연 연료 유입 효과가 포함되는 경우 후연소실 후류에서 500Hz 대역의 주파수가 지배적으로 나타나는 것을 확인하였다. 추가적으로 수행한 POD를 통해 작은 난류 입자에 의해 이러한 주파수 특성의 변화가 나타나는 것을 알 수 있었다.
추가적으로 후연소실에서 나타나는 연소 반응을 모델링하였다. 이는 연소 반응이 후연소실의 전단 유동 진동에 영향을 미칠 것으로 예측하였기 때문이다. 그 결과, 추가적인 연소 반응이 후연소실의 난류 진동을 더욱 증가시키는 것을 알 수 있었으며, 주파수 특성 또한 500Hz 대역에 해당하는 것으로 나타났다. 따라서, 하이브리드 로켓 실험 결과 나타나는 500Hz의 압력 진동은 후연소실 전단 유동에 연료 기화 현상이 적용되어 나타나는 것으로 예측되며, 추가적인 연소 반응이 이를 더욱 크게 하는 것으로 예측된다.
계산 결과 하이브리드 로켓 후연소실 유동은 후향 계단 유동과 유사한 진동 특성을 갖게 되는 것을 알 수 있었다. 이에 연료 기화 현상이 적용될 경우 후연소실의 난류 운동 에너지를 전반적으로 증가시키는 것을 알 수 있었으며 미연 연료 유입은 난류 운동 에너지를 후류까지도 확산시키는 역할을 하는 것으로 예측되었다. 이러한 난류 운동 에너지의 변화는 주파수 특성을 변화시키는 것으로 관찰되었다. FFT 결과, 연료 기화 현상이 적용된 경우 후연소실의 주파수 특성이 변화하면 실험 결과 나타나는 500Hz 주파수 대역에 대응되는 특성(St=0.3)이 나타나는 것으로 예측되었다. 이에 미연 연료 유입 효과가 포함되는 경우 후연소실 후류에서 500Hz 대역의 주파수가 지배적으로 나타나는 것을 확인하였다. 추가적으로 수행한 POD를 통해 작은 난류 입자에 의해 이러한 주파수 특성의 변화가 나타나는 것을 알 수 있었다.
추가적으로 후연소실에서 나타나는 연소 반응을 모델링하였다. 이는 연소 반응이 후연소실의 전단 유동 진동에 영향을 미칠 것으로 예측하였기 때문이다. 그 결과, 추가적인 연소 반응이 후연소실의 난류 진동을 더욱 증가시키는 것을 알 수 있었으며, 주파수 특성 또한 500Hz 대역에 해당하는 것으로 나타났다. 따라서, 하이브리드 로켓 실험 결과 나타나는 500Hz의 압력 진동은 후연소실 전단 유동에 연료 기화 현상이 적용되어 나타나는 것으로 예측되며, 추가적인 연소 반응이 이를 더욱 크게 하는 것으로 예측된다.
목차
제1장 서론 11.1 연구배경 11.2 연구 동향 41.3 연구 목적 8제2장 수치해석 방법 92.1 대와류모사기법 92.2 계산 영역 및 경계 조건 14제3장 비반응 유동 계산결과 및 분석 173.1 계산결과 검증 173.2 계산결과 분석 19제4장 반응 유동 계산결과 및 분석 364.1 연소 반응 모델링 364.2 계산결과 분석 42제5장 결론 48참고문헌 50ABSTRACT 55
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