• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.32 no.9
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• pp.1-11
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• 2004

A comprehensive study has been made for the investigation of the convergence and stability characteristics of the LU scheme for solving the Euler equations on unstructured meshes. The von Neumann stability analysis technique was initially applied to a scalar model equation, and then the analysis was extended to the Euler equations. The results indicated that the convergence rate is governed by a specific combination of flow parameters. Based on this insight, it was shown that the LU scheme does not suffer any convergence deterioration at all grid aspect ratios, as long as the local time step is defined using an appropriate parameter combination.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.14 no.3
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• pp.725-733
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• 1990

An analysis of laminar mixed convection flow adjacent to the inclined flat surface which is subjected to a uniform temperature in a uniform free stream is performed. Nonsimilar boundary layed equation are derived by using the mixed convection parameters such that smooth transition from the purely forced convection limit to the purely free convection limit is possible. The governing equations are solved by a finite difference method using the coupled box scheme of sixth order. Numerical results are presented for prandtl numbers of 0.7 and 7 with the angle of inclination ranging from 0 to 90 degree from the vertical. The velocity distributions for the buoyancy assisting flow exhibit a significant overshoot above the free stream value in the region of intense mixed convection and the velocity field is found to be more sensitive to the buoyancy effect than the temperature field. The separation point near the wall was obtained for the buoyancy opposing flow. The local Nusselt number increases for buoyancy assisting flow and decreases for opposing flow with increasing value of the local Grashoff number in the mixed convection parameter. For large Prandtl number, the Nusselt number and the friction factor decrease significantly near the separation point. Present numerical predictions are in good agreement with recent experimental results by Ramachandran.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2003.05a
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• pp.244-245
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• 2003

고체나 액체 추진로켓에 비하여 하이브리드 추진 시스템은 작동조건의 안정성과 안전함등의 많은 장점을 가지고 있다. HTPB와 같은 고체연료는 제작 및 저장, 운송 그리고 장착상의 안정성을 가지고 있으며 하이브리드 로켓의 고체연료로의 산화제의 유입을 제어하면서 추력의 변화와 엔진내부의 연소중단과 재 점화를 용이하게 할 수 있다. 이러한 이유로 인하여 하이브리드 엔진은 좀 더 경제적인 장치로 기대를 모으고 있다. 그러나, 기존의 하이브리드 로켓 엔진은 고체 추진 로켓에 비하여 낮은 연료 regression 율과 연소효율을 가지는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하고 요구되어지는 추력값과 연료유량을 증가시키기 위하여 고체연료의 표면적을 증가시킬 필요가 있다. 기존의 하이브리드 엔진에서는 연료 그레인에 다수의 연소포트를 만들어 표면적을 증가시켰으나 이는 비 활용 공간의 증가와 추진제의 질량 및 체적분율의 상당한 감소를 초래한다. 지난 수십년간에 걸쳐 하이브리드 엔진에서 연료의 regression 특성 및 엔진 성능 향상을 위한 연구가 계속되어 왔으며 최근에 엔진의 체적 규제를 경감시키고 연료의 regression율을 향상시키기 위하여 선회유동을 이용하는 하이브리드 로켓 엔진들이 제안되고 있다. 이러한 선회유동을 가지는 하이브리드 로켓은 고체연료 그레인에 대하여 평행하게 유입되는 기존의 하이브리드 로켓에 비하여 고체연료 벽면에서의 대류열전달이 현저하게 증가하게 되어 아주 높은 고체연료의 regression율을 얻을 수 있는 이점이 있다. 선회유동 하이브리드 로켓의 연소과정은 고체 연료의 열분해과정, 대류 열전달, 난류 혼합, 난류와 화학반응의 상호작용, soot의 생성 및 산화과정, soot 입자 및 연소가스에 의한 복사 열전달, 연소장과 음향장의 상호작용 등의 복잡한 물리적 과정을 포함하고 있다. 이러한 물리적 과정 중 난류연소, 고체연료 벽면 근방에서의 대류 열전달 및 연소과정에서 생성되는 soot 입자로부터의 복사 열전달, 그리고 고체연료 열 분해시 표면반응들은 고체연료의 regression율에 큰 영향을 미친다. 특히 고체연료의 난류화염면의 위치와 폭, 그리고 비 예혼합 난류화염장에서 생성되는 soot의 체적분율의 예측은 난류연소모델, 열전달 모델, 그리고 regression율 모델에 의해 크게 영향을 받기 때문에 수치모델의 예측 능력 향상시키기 위하여 이러한 물리적 과정을 정확히 모델링해야 할 필요가 있다. 특히 vortex hybrid rocket내의 난류연소과정은 아래와 같은 Laminar Flamelet Model에 의해 모델링 하였다. 상세 화학반응 과정을 고려한 혼합분율 공간에서의 화염편의 화학종 및 에너지 보존 방정식은 다음과 같다. 화염편 방정식과 혼합분률과 scalar dissipation rate의 관계식을 이용하여 혼합분률과 scalar dissipation rate에 따른 모든 reactive scalar들을 구하게 된다. 이러한 화염편 방정식들을 mixture fraction space에서 이산화시켜서 얻은 비선형 대수방정식은 TWOPNT(Grcar, 1992)로 계산돼 flamelet Library에 저장되게 된다. 저장된 laminar flamelet library를 이용하여 난류화염장의 열역학 상태량 평균치는 presumed PDF approach에 의해 구해진다. 본 연구에서는 강한 선회유동을 가지는 Hybrid Rocket 연소장내의 난류와 화학반응의 상호작용을 분석하기 위하여 Laminar Flamelet Model, 화학평형모델, 그리고 Eddy Dissipation Model을 이용한 수치해석결과를 체계적으로 비교하였다. 또한 Laminar Flamelet Model과 state-of-art 물리모델들을 이용하여 선회 유동을 갖는 하이브리드 로켓 엔진의 연소 및 Soot 생성 및 산화과정을 살펴보았으며 복사 열전달이 고체 연료 표면의 regression율에 미치는 영향도 살펴보았다. 특히 swirl강도, 산화제의 유입위치 그리고 선회유동의 형성방식이 하이브리드 로켓의 연소특성 및 regression rate에 미치는 영향을 상세히 해석하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2011.07a
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• pp.1584-1585
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• 2011

분자의 전리(ionization)작용과 이온의 해리(dissociation)작용에 의한 유전체 내 방전해석을 위해서 전자, 양이온, 음이온의 생성과 소멸, 전자부착, 재결합 과정을 포함한 전하연속방정식, 전계에 의한 푸아송 방정식, 유전체 온도에 관한 열확산 방정식을 결합하여 해석하였다. 전계 방출 조건과 열전자 방출 조건이 경계조건으로 부여되었고 에너지 최소화 정류조건을 따르는 유한요소법(finite element method)을 이용하여 해석하였다. 비교적 작은 값을 가지는 확산성을 무시하고 대류성에 역점을 두어 발생하는 수치적 불안정은 인공확산항(artificial diffusion technique)을 도입하여 안정화하였다. 본 논문에서는 IEC standard 60897의 표준규격에 따른 2차원 축대칭 침-구 전극에 적용하여 제안된 다중물리해석기법의 타당성을 입증하였다.

• Journal of Power System Engineering
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• v.14 no.5
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• pp.5-9
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• 2010

본 연구는 수정 오일러 법칙을 이용한 봉의 열전달문제를 엄밀해와 수치해를 수치해석적 해법을 이용해 비교한 것이다. 경계조건으로는 열전도 및 대류가 동시에 존재하는 경우의 모델을 가정하여 계산하였고, 봉의 길이가 원주방향에 비해 상당히 길다고 가정하여 1차원으로 지배방정식을 정리하여 2차 상미분방정식을 유도하여 계산을 수행하였다. 계산을 수행한 결과 적절한 초기 추측값인 ${\beta}$값을 정의하면 오일러의 방정식으로도 충분히 만족할만한 결과를 얻을 수 있다는 것을 알았고, 지수함수 형태의 유도 상관식이 엄밀해와 ${\pm}1%$ 범위 내에서 일치한다는 결과를 얻었다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 1997.11a
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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.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.37 no.7
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• pp.637-646
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• 2013

This study aims to numerically investigate the natural convection characteristics of a magnetic fluid in a cubic cavity. The governing equations of the magnetic fluid are solved using the Generalized-Simplified Marker and Cell Method (GSMAC). The natural convection and heat transfer characteristics of the magnetic fluid were analyzed by varying the intensity and direction of the magnetic field. As a result, it was found that the natural convection characteristics were controlled by the intensity and direction of the magnetic field, and the mean Nusselt numbers were minimized at a vertical intensity of H=-4000 and horizontal intensity of H=12000 of the magnetic field. In addition, the mean Nusselt numbers increased with the intensities of the magnetic field, regardless of the direction of the magnetic field.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 2011.10a
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• pp.821-832
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• 2011

Recently, the noise of vehicle is the one of the key factors for customers to purchase a vehicle and the most important part which is related to the noise is the exhaust system. Thus, car makers have their own ways to assess this exhaust noise not only to decrease the level of noise but to enhance the feeling of it. Typically, to do these things in the early stage of development, the tuning code of the exhaust system has to be made by CAE tool, which is very reliable but expensive, and the prototype parts of this code would be made for the validation test. Then this process can be iterated to meet the target of the performance. In this study, a new algorithm which adapts the '3 dimensional convective sound wave theory 'and 'Doppler effect' has been developed. With this new algorithm, a brand new system for the calculation of tail pipe noise has been developed and validated by acoustic wind tunnel test. As a result of this study, various comparisons and have been carried out, for example, the comparison with other CAE tool has been performed for the validity and the improvement of the new calculation code could be achieved.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.52 no.2
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• pp.199-204
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• 2014

In binary solidification compositional convection in a porous mushy layer influences the quality of the final products. We consider the mushy layer solidifying from below with a constant solidification velocity. The disturbance equations for the mushy layer are derived using linear stability theory. The basic-state temperature fields and the distribution of the porosity in the mushy layer are investigated numerically. When the superheat is large, the thickness of the mushy layer is relatively small compared to the thickness of the thermal boundary layer. With decreasing the superheat the critical Rayleigh number based on the thickness of the mushy layer increases and the mushy layer becomes stable to the compositional convection. The critical Rayleigh number obtained from the continuity conditions of temperature and heat flux at the mush-liquid interface is smaller than that from the isothermal condition at the upper boundary of the mushy layer.

• Journal of Power System Engineering
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• v.16 no.1
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• pp.51-57
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• 2012

본 연구는 컴팩트한 열교환기의 설계를 위하여 열교환기 내의 원형 단면 도관의 유변 유체의 압력 강하 및 대류 열전달률을 수치해석적으로 수행하였다. 유변 유체의 구성방정식은 기존의 비뉴톤 유체 멱법칙을 보완한 수정 멱법칙 모델을 채택하였다. 도관 내의 압력강하를 의미하는 마찰계수와 수정 레이놀즈 수의 곱은 기존 문헌치와 비교할 때 뉴톤 유체 영역과 유변 멱법칙 영역에서 각각 0.01% 및 0.004% 내에서 일치함을 보였고 유변 수정멱법칙 유체 모델의 형태를 띠는 유변 유체를 열교환기 내의 원형 단면 도관 내에서 사용하면 뉴톤 유체보다 최대 58%의 압력강하를 감소시켰고 최대 9%의 대류 열전달 증가을 발생시킬 수 있었다.