• 대한기계학회논문집B
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• 제20권7호
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• pp.2386-2396
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• 1996

본 연구에서 수행한 큰 지름비를 가지는 동축제트 확산화염 연소기내의 등온 및 연소 유동장에 대한 수치해석 결고를 요약하면 다음과 같다. 1) 큰 지름비를 가지는 동축제트 확산화염 연소기내의 등온 유동을 수치해석한 경우 k-.epsilon. 난유모델은 큰지름비를 갖는 기하학적 특성 때문에 C $O_{2}$와 공기의 유량비에 따라 나타나는 세가지 유동구조를 정성적으로 잘 예측하였다. 2) 공기의 유량이 고정되고 C $O_{2}$의 유량이 증가하는 등은 유동의 경우, 후방정체점은 실험치보다 훨씬 과도하게 예측되고 있으나, C $O_{2}$의 유량증가와는 거의 무관하게 나타나는 실험결과를 그대로 반영하였다. 그리고 C $O_{2}$으 유량증가에 거의 선형적으로 비례하는 전방정체점의 위치와 급격히 감소하는 재순환유동영역으로 갈수록 정량적인 불일치가 커지게 됨을 볼 수 있으며 이는 연료제트의 속도척도가 상대적으로 커지면서 연료제트가 공기의 재순환유동을 간헐적으로 뚫고 나가며 나타나는 용접유동구조에 의한 비정상성 때문으로 사료된다. 3) C $O_{2}$의 유량이 고정되고 공기의 유량이 증가하는 등온유동의 경우, 전방정체점의 변화에 대한 실험과 수치해석 결과와 정량적인 일치를 보이고 있으나 후방정체점은 실험치에 비해 과대예측되었다. 공기의 평균유입속도가 증가함에 따라 전방정체점의 위치가 입구쪽으로 옮겨가는 경향을 나타내고 있으며 공기의 유량이 증가함에 따라 공기에 이한 재순환영역의 강도와 공기의 최대역류속도가 커지므로 상대적으로 C $O_{2}$ 제트가 재순환 유동장을 관통할 수 있는 거리가 즐어드는 현상을 잘 예측하였다. 4) k-.epsilon. 난류모델과 수정된 eddy-breakup 연소모델을 사용하여 bulff-body 연소기내의 연소유동을 수소에 의한 열팽창효과를 포함시킨 경우 유동장과 온도장이 약간 더 하류족으로 팽창되는 영향이 나타났으며 본 연구의 수치결과만을 놓고 볼 때 열팽창효과와 Arrhenius 화학반응률을 고려한 경우가 실험치에 다소 근접한 결과를 나타내었다. 5) 수치결과와 실험의 불일치는 등방성 가정에 근거를 두는 k-.epsilon.난류모델이 갖는 한계, 중간생성물을 무시한 일단계 비가역반응모델을 사용한 난류 연소모델의 한계, 밀도변화를 가지는 유동장에서 일정한 Schmisr 수 가정의 적용한계, 그리고 불확실한 입구경계조건에 기인한다. bluff-body 연소기내의 난류연소유동장에 대한 예측능력을 향상시키기 위해서 추후 연구에서는 더욱 발전된 물리모델인 ASM 난류모델과 RSM 난류모델 그리고 joint PDF 연소모델과 coherent flamelet 모델등을 이용한 수치모델의 개발을 체계적으로 수행할 예정이다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2002년도 추계 학술대회논문집
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• pp.23-27
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• 2002

천음속으로 비행하는 공기흡입유도탄의 경우, 비행거리 및 요구기동을 충족시키기 위해서는 추진제트에 의해 변화하는 기체 기미부의 압력항력을 정확히 예측하고 이 항력을 감소시키기 위한 기미부 형상설계는 매우 중요하며 필수적이다. 제트 Plume에 의한 기체 기미부 및 base의 압력분포에 따른 항력해석을 난류모델링을 고려한 수치해석 결과를 제시한다. Jet plume의 크기 및 배기가스 조건에 따른 항력변화, 및 기미부 형상에 따른 항력변화 그리고 천음속 마하수에 따른 결과 등을 제시한다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제33권9호
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• pp.699-708
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• 2009

To understand hydrogen jet liftoff height, the stabilization mechanism of turbulent lifted jet flames under non-premixed conditions was studied. The objectives were to determine flame stability mechanisms, to analyze coexistence of two different flame structure, and to characterize the lifted jet at the flame stabilization point. Hydrogen flow velocity varied from 100 to 300 m/s. Coaxial air velocity was changed from 12 to 20 m/s. Simultaneous velocity field and reaction zone measurements used, PIV/OH PLIF techniques with Nd:YAG lasers and CCD/ICCD cameras. Liftoff height decreased with the increase of fuel velocity. The flame stabilized in a lower velocity region next to the faster fuel jet due to the mixing effects of the coaxial air flow. The flame stabilization was related to turbulent intensity and strain rate assuming that combustion occurs where local flow velocity and turbulent flame propagation velocity are balanced. At the flame base, two different flame structures were found that was the partial premixed flames and premixed flame.

• 대한기계학회논문집B
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• 제23권9호
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• pp.1172-1177
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• 1999

Comparisons of measured turbulence properties in the unburned gas region of turbulent premixed flame stabilized by pilot flame, in cases of combusting and non-combusting flow conditions, are presented. Methane-air premixed jet at fuel equivalence ratio of 0.6 and 1.0 and Reynolds number of 7,000 was diagnosed using two-color laser velocimeter to obtain turbulence statistics. Same set of measurements was repeated at 21 locations within the unburned gas region of both combusting and non-combusting conditions. Velocity data were analyzed to evaluate the spatial distribution of turbulence properties including Reynolds stress, probability densities, joint probability densities and auto correlations. Contrary to assumptions of current theoretical models, significant influence of flame was observed in every property that was studied in the present investigation. The effective viscosity increased ten-fold when flame was on from cold flow values. The effect of mixing on joint probability as well as in turbulence intensity was suppressed by the flame. The measurements suggest that common assumptions of premixed flame model may result in sizable error in prediction of flame length and temperature distribution in near-field.

• 한국추진공학회지
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• 제17권5호
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• pp.70-79
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• 2013

마이크로 가스터빈용 하이브리드/이중 선회제트 연소기의 비반응 유동 및 혼합특성에 관한 수치해석 연구가 수행되었다. 고정된 열부하에서 pilot 버너의 위치, 선회 각 및 방향이 주요 변수로 검토되었다. 결과로서, pilot 버너의 위치, 선회 각 및 방향의 변화는 버너 출구 근처의 난류 유동장, 특히 중앙 재순환영역 및 난류강도의 큰 변화를 초래하며, 화염안정성 및 배기성능의 큰 변화를 동반하게 된다. 실험결과와의 비교를 통해, 하이브리드/이중 선회제트 연소기의 개발을 위하여 화염안정성 및 배기의 측면에서 pilot 버너의 최적 위치, 선회각$45^{\circ}$ 그리고 정방향 선회유동 조건들이 선택되었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1997년도 제9회 학술강연회논문집
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• pp.17-17
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• 1997

극초음속 여객기와 군사용 항공기에 대한 수요가 증가함에 따라서 새로운 개념의 다양한 추진기관이 연구가 진행되고 개발되어 왔다. 초음속 항공기의 속도 영역은 마하 10-20 정도가 되는데 이 속도 한계를 극복하기 위하여 초음속 연소 램제트 엔진(SCRamjet; Supersonic Combustion Ramjet)이 제안되었다. 스크램 제트를 개발하기 위해서는 연료와 산화제의 혼합 효율 문제, 화염의 안정화 문제, 벽면의 냉각에 관한 문제 등 몇 가지 기본적인 문제들을 해결해야 한다. Univ of Michigan에서 실험한 연소기를 모델로 본 연구에서는 연료와 공기의 혼합에 관한 수치 연구를 수행하였다. 다원 혼합기체에 관한 축대칭 Navier-Stokes 방정식을 지배 방정식을 이용하였고 비평형 화학반응식을 고려하였다. 공간 차분에는 유한 체적법을 이용하였다. 대류 플럭스 항은 Roe의 Upwind FDS 기법을 사용하여 차분하였고 점성항에는 중심 차분법을 이용하였다. 시간 적분법으로는 근사 자코비안과 LU분할 기법을 이용한 완전 내재적 방법이 쓰였다. 난류 모델로는 Mentor에 의해 제안된 2 방정식 k-$\varepsilon$/k-$\omega$ 혼합모델을 사용하였다. 유동장이 실험에서의 찍은 사진과 유사한 모습의 충격파 간섭을 수치 모사하였고 수소가 확산되는 모습과 함께 노즐 lip 주위의 재순환 영역에 대해서 살펴볼 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권3호
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• pp.275-282
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• 2010

동축공기 수소 난류 확산화염에서 선회류가 NOx에 미치는 영향을 연구하였다. 공기와의 혼합을 증가시키기 위해 동축공기관에 스월러의 각도를 30, 45, 60, $90^{\circ}$로 바꾸어가며 화염길이와 질소산화물 배출수준을 측정하였다. 연료 속도를 85.7~160.2 m/s, 동축공기 속도는 7.4~14.4 m/s로 조절하였다. 실험을 통해 동축 공기 속도 증가에 따라 화염길이와 질소산화물 배출수준은 증가하였고, 회전류 증가에 따라 감소함을 관찰하였다. EINOx에 미치는 동축공기와 회전류 영향을 상사하기 위하여 far-field 개념의 유효직경($d_{F,eff}$)을 도입하여 동축공기와 선회류에 의한 혼합효과를 표현하였다. 질소산화물 배기배출지표는 화염체류시간(${\sim}{\tau_R}^{1/2.8}$)과 전체 신장률(${\sim}{S_G}^{1/2.8}$)에 영향을 받았다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제25회 추계학술대회논문집
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• pp.450-454
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• 2005

축대칭 동축형 램제트 연소기에 대한 반응 유동장 해석을 수행하였다. 2차원 축대칭 Wavier-Stokes 방정식과 낮은 레이놀즈 수 $k-\varepsilon$ 난류 모델을 이용하였고, 유한반응률 화학반응 모델을 적용하였다. 난류 연소 모델인 EDM (Eddy-Dissipation Model)과 층류 반응 모델을 적용한 경우를 서로 비교하였다. 급확대 연소기와 wedge형 보염기를 장착한 동축형 램제트 연소기에 대한 반응 유동장 수치해석을 통해 두 가지 결과를 화염안정 측면에서 서로 비교하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제34회 춘계학술대회논문집
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• pp.150-155
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• 2010

액체로켓 분사기는 추진 성능과 연소 안정성, 그리고 열유속 특성을 지배하는 가장 중요한 요소이다. 그러나 분사기 근방에서 일어나는 고압 연소 현상에 대한 근본적인 이해의 부족으로 분사기의 개발 과정은 대부분 경험적 설계방법과 고비용의 연소시험에 의존해 왔다. 본 연구는 액체로켓 연소 모델링과 관련된 최근 연구 동향들을 토대로 시작되었다. 층류화염편 기반의 난류연소모델을 초임계 압력 조건에서 나타나는 실제유체 거동을 고려할 수 있도록 확장하였으며, 극저온 질소분사, 상압 조건하의 난류제트화염, 그리고 고압의 기체수소/액체산소 동축 분사기에 적용하여 해석모델의 효용성을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제23권2호
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• pp.175-184
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• 1999

A theoretical study on the turbulent round jet diffusion flame impinging on the wall was carried out to predict the characteristics and structure of Impinging jet flame and heat transfer to the wall. Finite chemistry via Arrhenius equation and eddy dissipation model was adopted as a combustion model, and the Favre averaging and $k-{\varepsilon}$ model were Introduced In the theoretical modeling. The SIMPLE algorithm was applied to the calculation. All the transport properties were considered as the variable depending on the temperature and composition. For the parametric study, the distance from nozzle to impinging wall and Reynolds number at nozzle exit were chosen 88 the major parameters. As the results of the present study, the characteristics of flow fields, the distributions of main variables and each chemical species and the flame shapes were obtained. The heat transfer rate from the flame to the wall and the effective heating area were calculated to investigate the Influences of the major parameters on the heat transfer characteristics.