지원사업
학술연구/단체지원/교육 등 연구자 활동을 지속하도록 DBpia가 지원하고 있어요.
커뮤니티
연구자들이 자신의 연구와 전문성을 널리 알리고, 새로운 협력의 기회를 만들 수 있는 네트워킹 공간이에요.
논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이창진
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 건국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수7
이 논문의 연구 히스토리 (3)
- 이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
- 연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
- 이 논문의 연구 히스토리 확인하기
초록· 키워드
오류제보하기
하이브리드 로켓은 연료와 산화제의 물리적인 상(phase)이 다른 로켓으로 저주파수 연소 불안정성(Low Frequency Instability)을 내재하고 있는 특징이 있다.
최근 연구에서 하이브리드 로켓은 20Hz 미만의 저주파수 불안정성(LFI)과 동반되어 500Hz 대역의 압력진동이 발생하였다. 저주파수 불안정성이 증폭하는 경우 500Hz 대역의 압력 진동과 연소 진동이 함께 증폭되었으며, 특히 500Hz 대역의 압력진동과 광도진동이 동상(in phase) 될 경우 저주파수 불안정성(LFI)이 증폭과 연소 불안정성이 발생하였다. 본 논문에서는 하이브리드 로켓의 저주파수 연소 불안정성(LFI)과 동반되어 나타나는 500Hz 대역의 압력 진동과 광도 진동의 발생 원인을 파악하였다. 특히 미연연료의 후 연소실 유입과 전단층에서 추가적인 연소는 유동 진동 특성에 영향을 받아 연소 진동이 관계되어 나타날 것으로 예측하였으며, 연료 기화 현상과 미연연료의 유입을 연소실 벽면 분출 효과(wall blowing)으로 모사하여 대와류 모사기법(Large Eddy Simulation)으로 반응 유동 계산을 진행하였다.
또한 하이브리드 로켓의 연소 중 시간에 따라 변화되는 당량비 변화는 후 연소실 화염의 움직임에 상당한 영향을 줄 것으로 예측된다. 따라서 당량비에 따른 화염의 움직임에 대하여 분석하기 앞서 메탄과 산소의 연소에 따라 화염의 움직임을 분석할 수 있는 직접수치해석기법(Direct Numerical Simulation) 코드를 구현하였다.
본 논문의 계산 결과 하이브리드 로켓 연소실에서 발생하는 연료 기화 유동은 연소의 유무에 관련 없이 St=0.3의 유동 진동 특성이 나타나는 것을 확인하였으며, 연료 기화 유동은 후 연소실의 유동 진동 특성을 결정하는 지배적인 특징임을 판단하였다. 후 연소실로 유입되며 연소장에 일부 미연연료의 유입이 발생하였으며, 특히 나머지 미연연료는 후 연소실의 재순환 영역으로 유입이 된 후 재순환 길이 이후에서 연소장으로의 유입이 되면서 추가적인 연소가 발생하였다. 이 영역에서 FFT 분석을 한 결과 500Hz 대역의 연소 진동 특성이 발생함을 확인할 수 있었다.
또한 하이브리드 로켓의 당량비 변화를 확인하기 위하여 메탄과 산소의 2단계 반응식을 적용하여 연소 반응을 계산하였다. 2d 5종(species)의 2단계 반응 확산 화염 코드로 수정하였으며, 당량비에 따른 확산화염 연소의 계산이 가능하도록 코드를 구현하였다. 향후 연구에서 하이브리드 로켓 후 연소실에서 발생하는 난류 연소 특성에 대하여 분석하고자 한다.
최근 연구에서 하이브리드 로켓은 20Hz 미만의 저주파수 불안정성(LFI)과 동반되어 500Hz 대역의 압력진동이 발생하였다. 저주파수 불안정성이 증폭하는 경우 500Hz 대역의 압력 진동과 연소 진동이 함께 증폭되었으며, 특히 500Hz 대역의 압력진동과 광도진동이 동상(in phase) 될 경우 저주파수 불안정성(LFI)이 증폭과 연소 불안정성이 발생하였다. 본 논문에서는 하이브리드 로켓의 저주파수 연소 불안정성(LFI)과 동반되어 나타나는 500Hz 대역의 압력 진동과 광도 진동의 발생 원인을 파악하였다. 특히 미연연료의 후 연소실 유입과 전단층에서 추가적인 연소는 유동 진동 특성에 영향을 받아 연소 진동이 관계되어 나타날 것으로 예측하였으며, 연료 기화 현상과 미연연료의 유입을 연소실 벽면 분출 효과(wall blowing)으로 모사하여 대와류 모사기법(Large Eddy Simulation)으로 반응 유동 계산을 진행하였다.
또한 하이브리드 로켓의 연소 중 시간에 따라 변화되는 당량비 변화는 후 연소실 화염의 움직임에 상당한 영향을 줄 것으로 예측된다. 따라서 당량비에 따른 화염의 움직임에 대하여 분석하기 앞서 메탄과 산소의 연소에 따라 화염의 움직임을 분석할 수 있는 직접수치해석기법(Direct Numerical Simulation) 코드를 구현하였다.
본 논문의 계산 결과 하이브리드 로켓 연소실에서 발생하는 연료 기화 유동은 연소의 유무에 관련 없이 St=0.3의 유동 진동 특성이 나타나는 것을 확인하였으며, 연료 기화 유동은 후 연소실의 유동 진동 특성을 결정하는 지배적인 특징임을 판단하였다. 후 연소실로 유입되며 연소장에 일부 미연연료의 유입이 발생하였으며, 특히 나머지 미연연료는 후 연소실의 재순환 영역으로 유입이 된 후 재순환 길이 이후에서 연소장으로의 유입이 되면서 추가적인 연소가 발생하였다. 이 영역에서 FFT 분석을 한 결과 500Hz 대역의 연소 진동 특성이 발생함을 확인할 수 있었다.
또한 하이브리드 로켓의 당량비 변화를 확인하기 위하여 메탄과 산소의 2단계 반응식을 적용하여 연소 반응을 계산하였다. 2d 5종(species)의 2단계 반응 확산 화염 코드로 수정하였으며, 당량비에 따른 확산화염 연소의 계산이 가능하도록 코드를 구현하였다. 향후 연구에서 하이브리드 로켓 후 연소실에서 발생하는 난류 연소 특성에 대하여 분석하고자 한다.
목차
제1장 서론 1제1절 연구 배경 및 동향 1제2절 연구 목적 4PART 1. LES를 이용한 하이브리드 로켓 후 연소실 진동 특성에 대한 수치 해석 5제2장 수치해석 방법 6제1절 대와류모사 수치기법 6제2절 화학 반응 111. Burke-Schumann 화염 구조 112. 스칼라 전달 방정식 15제3절 계산 형상 및 경계조건 17제3장 후 연소실 반응 계산 결과 19제1절 계산 결과 검증 19제2절 계산 결과 및 분석 211. 미연연료의 이동 222. Strouhal number(St) 23PART 2. DNS를 이용한 하이브리드 로켓 후 연소실 진동 특성에 대한 수치 해석 28제4장 수치해석 방법 29제1절 수치공식 291. 지배방정식 292. 화학 반응 모델 313. 무차원화 33제2절 수치 방법 351. 수치해석 방법 352. 경계 조건 생성 353. 제트 확산 화염 계산 결과 37제3절 계산 형상 및 경계조건 39제5장 후 연소실 반응 계산 결과 41제1절 계산 결과 검증 41제2절 재순환 영역(Recirculation zone) 42제3절 연소 영역의 변화 44제6장 결론 49참고문헌 51국문초록 55
최근 본 자료
댓글(0)
0