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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 문희장
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수17
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본 연구에서는 충돌형 doublet 인젝터의 오리피스 내부 형상에 따른 젤 추진제의 분무 특성을 파악하였다. Plain, Chamfer, Taper, Groove의 4가지 오리피스 타입의 형상 변수에 관한 수치적 연구를 진행하였다. 유선 및 축방향 속도 분포, 정압분포, 무차원화 속도 프로파일을 통해 각 형상 별 유동 특성을 파악하였고, 손실계수와 토출계수를 통해 성능을 비교하였다. 그 결과 매니폴드에서 오리피스로 모사 젤 추진제가 유입될 때, 오리피스 입구부에 발생하는 유동 박리와 재순환 영역이 유동 특성 및 성능에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 형상 변수에 상관없이 taper 타입, chamfer 타입, groove 타입, plain 타입 순으로 좋은 성능을 보였다.
그러나 groove 타입의 경우 입구부에 존재하는 점진적 축소부로 인해 plain 타입과의 직접적인 비교가 불가능하였으며, 점진적 축소부가 존재하는 오리피스에 대해 추가 연구를 수행하였다. 그 결과 groove 유무는 성능에 미치는 영향이 미미했으며, 이는 오리피스의 길이가 짧은 것에 기인하는 것으로 판별되었다. 이에, 4가지 오리피스 타입별 각각 하나의 형상 변수를 선정하였으며 선정된 형상의 식별자는 P-LD-050, Ch-ANG-300, T-ANG-150, Gr-RP-075와 같다.
선정된 오리피스를 갖는 단일 오리피스 인젝터와 충돌형 인젝터를 제작하여 분무 실험을 진행하였다. 단일 분무 실험을 통한 수치적 연구의 검증 결과, plain 및 chamfer 타입의 경우 수치해석 결과와 실험 결과가 일치하였으나, taper 및 groove 타입의 경우 일치하지 않았다. 이는 taper 및 groove 타입은 실제 유동에서 유동 박리와 재순환 영역이 수치해석 대비 크게 발생한 것으로 추측되며, 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다.
이후 충돌형 인젝터의 분무 실험을 통해 토출계수와 분무 발달과정 및 분무각, 분열길이와 같은 충돌 후 분무 특성을 파악하였다. 토출계수는 수치해석 결과와 동일하게 taper 타입, chamfer 타입, groove 타입, plain 타입 순으로 좋은 성능을 보였다. 모든 오리피스 타입의 분무 발달과정을 파악하였으며, groove 타입의 경우 에서 난류 액막이 형성되어 상이한 분무 발달 과정을 보였다. 또한, plain 및 taper 타입의 경우 에서 액주의 정렬이 맞지 않는 현상(misalignment)이 발견되었다. Chamfer 타입 충돌형 인젝터의 경우 일반화된 레이놀즈수가 증가함에 따라 분무각이 상승하고, 분열길이가 감소하였다. 난류 액막이 형성되는 groove 타입 충돌형 인젝터의 경우 일반화된 레이놀즈수가 증가함에 따라 분무각이 감소하고, 분열길이가 감소하는 것을 파악하였다.
그러나 groove 타입의 경우 입구부에 존재하는 점진적 축소부로 인해 plain 타입과의 직접적인 비교가 불가능하였으며, 점진적 축소부가 존재하는 오리피스에 대해 추가 연구를 수행하였다. 그 결과 groove 유무는 성능에 미치는 영향이 미미했으며, 이는 오리피스의 길이가 짧은 것에 기인하는 것으로 판별되었다. 이에, 4가지 오리피스 타입별 각각 하나의 형상 변수를 선정하였으며 선정된 형상의 식별자는 P-LD-050, Ch-ANG-300, T-ANG-150, Gr-RP-075와 같다.
선정된 오리피스를 갖는 단일 오리피스 인젝터와 충돌형 인젝터를 제작하여 분무 실험을 진행하였다. 단일 분무 실험을 통한 수치적 연구의 검증 결과, plain 및 chamfer 타입의 경우 수치해석 결과와 실험 결과가 일치하였으나, taper 및 groove 타입의 경우 일치하지 않았다. 이는 taper 및 groove 타입은 실제 유동에서 유동 박리와 재순환 영역이 수치해석 대비 크게 발생한 것으로 추측되며, 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다.
이후 충돌형 인젝터의 분무 실험을 통해 토출계수와 분무 발달과정 및 분무각, 분열길이와 같은 충돌 후 분무 특성을 파악하였다. 토출계수는 수치해석 결과와 동일하게 taper 타입, chamfer 타입, groove 타입, plain 타입 순으로 좋은 성능을 보였다. 모든 오리피스 타입의 분무 발달과정을 파악하였으며, groove 타입의 경우 에서 난류 액막이 형성되어 상이한 분무 발달 과정을 보였다. 또한, plain 및 taper 타입의 경우 에서 액주의 정렬이 맞지 않는 현상(misalignment)이 발견되었다. Chamfer 타입 충돌형 인젝터의 경우 일반화된 레이놀즈수가 증가함에 따라 분무각이 상승하고, 분열길이가 감소하였다. 난류 액막이 형성되는 groove 타입 충돌형 인젝터의 경우 일반화된 레이놀즈수가 증가함에 따라 분무각이 감소하고, 분열길이가 감소하는 것을 파악하였다.
목차
제 1장 서론 161.1 연구 배경 161.2 연구 동향 181.3 연구 목표 및 개요 20제 2장 이론적 배경 212.1 점도 모델 212.2 수두 손실 242.3 토출계수 262.4 충돌형 doublet 인젝터의 분열 메커니즘 28제 3장 수치적 연구 303.1 모사 젤 추진제 303.2 오리피스 내부 형상인자 323.3 수치해석 조건 343.4 오리피스 내부 유동 특성 383.5 Plain 오리피스 423.6 Chamfer 오리피스 493.7 Taper 오리피스 553.8 Groove 오리피스 613.9 오리피스 내부 형상 선정 74제 4장 실험적 연구 764.1 실험 장치 및 조건 764.2 수치적 연구 검증 794.3 충돌 후 분무 특성 824.3.1 토출계수 824.3.2 분무 발달과정 844.3.3 분무각 884.3.4 분열길이 90제 5장 결론 92참고문헌 94SUMMARY 97
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