Experimental Study on the Flow Hysteresis Phenomenon in a Supersonic Nozzle

초음속 노즐에서 발생하는 유동 이력현상에 대한 실험적 연구

Hysteresis phenomena in fluid flow systems are frequently encountered in many industrial and engineering applications and mainly appear during the transient processes of change of the pressure ratio. Shock-containing flow field in supersonic nozzles is typically subject to such hysteresis phenomena, but associated flow physics is not yet understood well. In the present study, experimental work has been carried out to investigate supersonic nozzle flows during the transient processes of change in the nozzle pressure ratio. Time-dependent surface wall pressures were measured by a multiple of pressure transducers and the flow field was visualized using a nano-spark Schlieren optical method. The results obtained show that the hysteresis phenomenon is strongly dependent on the nozzle geometry as well as the time scale of the change of pressure ratio.

유체 시스템에서 히스테리시스 현상은 다양한 산업 및 공학의 응용 분야에서 발생하며, 주로 압력비의 시간변화 과정에서 발생한다. 초음속 노즐에서 충격파를 포함한 유동장은 이러한 히스테리시스 현상의 지배적인 영향을 받는다. 그러나 이와 관련된 유동의 물리적 현상에 대해서는 연구가 미비한 실정이다. 본 연구에서는 노즐구동압력비의 변화 과정 동안 초음속 노즐의 유동을 파악하기 위해 실험적 연구를 수행하였다. 순간 표면압력을 측정하기 위하여 다수의 압력변환기를 사용하였으며, 유동장의 가시화는 나노스파크 광원을 가지는 쉴리렌 가시화 장치를 이용하였다. 본 연구로부터, 히스테리시스 현상은 노즐의 기하학적 형상뿐만 아니라 압력비의 시간변화에 크게 의존하였다.