DOI QR코드

DOI QR Code

가스발생기 비-반응 유동의 난류 혼합에 대한 LES 해석

LES of Turbulent Mixing of Non-Reactive Flow in Gas Generator

  • 이창진 (건국대학교 항공우주공학과)
  • 발행 : 2008.12.31

초록

난류고리와 스플래쉬 판에 의한 난류 혼합과 난류 생성에 관한 연구를 위하여 LES 해석이 가능한 CFD 코드를 개발하였으며 이를 사용하여 LES 해석을 수행하였다. 계산 결과에 의하면 난류고리는 유동장에 매우 강한 난류를 생성하여 후류에서 난류 혼합을 촉진하는 역할을 담당하는 것으로 밝혀졌다. 한편 난류고리 후류 방향으로 스플래쉬 판을 설치하면 난류고리만을 설치한 경우와 매우 다른 형태의 난류 에너지와 엔스트로피 생성을 관찰할 수 있었다. 이 경우의 난류혼합은 판 뒤에 생성되는 매우 강하며 집중적인 난류의 생성에 의하여 이루어지며 압력강하는 초기 압력의 1% 수준으로 매우 낮았다. 또한 계산결과에 의하면 난류고리의 형상이나 돌출 길이 변화는 생성되는 난류의 특성에 매우 커다란 영향을 미치지 못하였다. 난류 혼합을 가장 효과적으로 이룰 수 있는 판의 위치에 관한 연구 는 진행하지 못하였으나 지금까지 계산결과에 의하면 스플래쉬 판이 설치되었을 때 압력 강하도 낮은 수준이며 난류 혼합이 가장 효과적임을 알 수 있었다.

LES analysis was conducted with in-house CFD code to investigate the turbulence evolution and interaction due to turbulence ring and splash plate in the gas generator. The calculation results show that the installation of turbulence ring can introduce additional turbulences and significantly improve turbulent mixing in the downstream flow. However, the addition of splash plate in the downstream of TR(Turbulence Ring) brings totally different shape of perturbation energy and enstrophy distribution into turbulent mixing. This enhancement can be done by the formation of the intensively strong vorticity and mixing behind the plate. Pressure drop was found to be a reasonable level of about 1% or less of initial pressure in all calculation cases. Also, calculation results revealed that the variation of shape and intrusion length of TR did not greatly affect the characteristics of turbulent mixing in the chamber. Even though the effect of installation location of splash plate on the turbulent mixing was not investigated yet, calculation results conclude the addition of splash plate leads to the increase in turbulent mixing with an acceptable pressure drop.

키워드

참고문헌

  1. "Liquid Rocket Engine injectors", Space Vehicle Design Criteria, NASA SP 8089, 1974
  2. "Liquid Rocket Gas Generator", Space Vehicle Design Criteria, NASA SP 8081, 1974
  3. Huzel, D. K., and Huang, D. H., "Modern Engineering for Design of Liquid Propellant Rocket Engine", Progress in Astronautics and Aeronautics, Vol. 147, AIAA, 1992, pp. 53-55, 155-218
  4. Lawver, B. R.,"Test Verification of LOX/RP-1 High-Pressure Fuel/Oxidizer-Rich Preburner Designs", AIAA Paper 82-1153, Presented at the 18th Joint Propulsion Conference, Cleveland, OH. June 1982
  5. S. T. Kwon, C. Lee and J. W. Lee, "Development of Fuel Rich Gas Generator for 10tonf Liquid Rocket Engine", AIAA 2004-3363, 40th Joint Propulsion Conference, July. 2004
  6. Kim, S., Design study of an Advanced Gas Generator, 29th Joint Propulsion Conference, AIAA 93-2158, 1993
  7. Fureby, C., "Large Eddy Simulation of combustion instabilities in a jet engine afterburner model", Combust. Sci. and Tech., Vol. 161, pp. 213-243, 2000 https://doi.org/10.1080/00102200008935818
  8. Balogh, A. and Aamo, O.M., Optimal Mixing Enhancement in 3D pipe Flow, IEEE Transaction on Control System Technology, Vol. 13, No. 1, pp. 27-41, 2005 https://doi.org/10.1109/TCST.2004.838544
  9. Park, S. H., Lee, J. E., and Kwon, J. H., "Preconditioned HLLE Method for Flows at All Mach Numbers", AIAA Journal, Vol. 44, No. 11, 2006, pp. 2645-2653 https://doi.org/10.2514/1.12176
  10. Choi, Y.-H., and Merkle, C. L., "The Application of Preconditioning in Viscous Flows", Journal of Computational Physics, Vol. 105, No. 2, 1993, pp. 207-223 https://doi.org/10.1006/jcph.1993.1069