• 한국항공우주학회지
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• 제31권8호
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• pp.69-76
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• 2003

액체로켓 연소기 내의 막냉각 특성 분석을 위한 비회체 분무연소에 대한 수치해석을 수행하였다. 막냉각 연료의 특성에 따른 연소기 벽면의 온도변화를 살펴보기 위하여 막냉각용 연료의 유랑, 막냉각용 액적의 직경, 그리고 공기/연료 혼합비를 매개변수로 한 수치해석을 수행하여 연소기 벽면의 온도는 막냉각용 연료 액적 직경의 변화에는 큰 영향을 받지 않지만 막냉각용 연료 유량 및 공기/연료 혼합비에 영향을 받고 있음을 확인하였다. 또한, 추진기관 벽면으로 전달되는 전도 및 복사열유속을 고찰함으로서 이러한 액체 추진기관의 연소특성을 이해하기 위해서는 열복사 및 물성치의 적절한 고찰이 필요함을 지적하였다.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2009년도 추계학술대회
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• pp.134-135
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• 2009

선박에서 주로 채택되는 열교환기는 쉘튜브형과 판형열교환기로 분류된다. 이 연구에서는 소형쉘튜브형 열교환기의 설계에서 중요한 요소인 냉각튜브와 벽면과의 간격에 따른 유동특성을 입자영상유속계를 이용하여 계측하였다. 연구 결과 벽면과의 거리변화에 따른 임계간격비는 0.25전후로 추정되었으며 벽면효과에 따른 정량적 데이터를 확보하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제7권4호
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• pp.46-52
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• 2003

액체추진로켓엔진에서는 고온, 고압의 연소가스로부터 엔진을 보호하기 위하여 재생 냉각을 많이 사용한다. 이 재생 냉각의 유동장 해석과 열전달을 수치해석하였다. 형상은 연소실, 노즐 및 냉각 채널 모두를 2차원 축대칭으로 가정하였다. 연소실 및 노즐의 유동장은 압축성 유동장 해석을 통하여 구하였고, 냉각 채널은 고체 열전달로부터 구하였다. 유동장과 온도장은 모두 정상상태로 가정하였다. 노즐에서 구한 열유속은 냉각채널 벽면에서의 온도 분포를 구하기 위해 사용하였다. 결과로는 냉각 채널 벽면에서의 온도 변화와 냉각제의 온도 변화를 구하였다. 냉각 채널의 형상 변화와 냉각제의 유량 변화에 따른 냉각 채널 벽면에서의 온도변화를 조사하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1999년도 제12회 학술강연회논문집
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• pp.7-7
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• 1999

충돌/유출냉각은 연소실 벽면 등과 같이 열부하가 많이 걸리는 영역에서 고온의 연소가스로부터 표면을 보호하는 막냉각과 더불어 내부에 다공성 판을 설치하여 충돌제트에 의해 내부표면을 냉각시켜 가스터빈엔진의 고온요소의 냉각성능을 극대화시키는 방법 중의 하나이다. 이와 같은 냉각방법을 적용하면 벽면을 충돌제트에 의한 냉각과 함께 냉각유채를 막냉각에 활용함으로써 냉각효율을 극대화할 수 있다. 본 연구에서는 국소적인 값들을 획득하기 용이한 물질전달실험방법의 하나인 나프탈렌 승화법을 이용하여 수직으로 분사되는 충돌제트에 의한 유출판 내면에서의 열/물질전달특성을 분사판(injection plate)과 유출판(effusion plate) 사이의 높이, 분사제트의 속도, 분사홀간의 배열을 변화시켜가며 유출판만이 있는 경우와 비교, 분석하였다. 분사홀과 유출홀의 관 사이의 간격은 0.33d에서 10d까지 변화시켜가며 그 효과를 관찰하였으며, 홀배열 효과를 보기 위하여 2가지 홀배열(staggered array, shifted array)에 대하여 실험하였다. 또한 분사제트의 속도효과를 고찰하기 위하여 분사제트의 Rc$_{d}$=5,000-12,000까지 변화시켜가며 실험을 수행하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2002년도 제18회 학술발표대회 논문초록집
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• pp.8-9
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• 2002

액체로켓엔진의 연소기는 고온고압의 연소가스에 의해 벽면온도가 매우 높은 수준에 도달하기 때문에, 연소기가 열적으로 안정적으로 작동할 수 있는 메카니즘이 필요하게 되며, 따라서 이러한 방식의 하나로서 추진제를 이용한 재생냉각방식이 널리 사용되고 있다. 일반적으로 재생냉각형 연소기의 내벽은 열전도도가 우수한 구리 또는 구리합금 계열이 많이 사용되고 있다. 이러한 내벽 재질의 내구성은 주로 creep rupture, low cycle thermal fatigue, thermal-mechanical ratcheting에 의해 결정되는데, 사각형태의 냉각채널의 연소기에서는 thermal-mechanical ratcheting 특성이 수명 결정 주요 인자이다. Thermal-mechanical ratcheting은 그림 1과 같이 연소가스 영역과 냉각제 영역을 분리하는 벽면에서 국부적인 부풀음이 일어나면서 벽면두께가 감소하는 소성변형 형태로 나타나는데, 이러한 것을 Dog- house 형상이라 한다.

• 한국추진공학회지
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• 제20권2호
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• pp.1-10
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• 2016

고성능 고체 입자 연소를 위해 제안된, 로켓 엔진 기술이 접목된 연소실이 기존 연구를 통해 제시되었고, 본 연구에서는 연소실 벽면의 냉각해석을 수행하였다. 실제 연소실 제작에 앞서 연소율과 함께 냉각성능을 평가하기 위한 수치해석을 수행하였다. 연소실 벽면을 냉각하는 방식중 수냉각 방법을 적용하였고, 연소해석을 수행하여 선정한 냉각유량의 적정성을 검증하였다. 그리고 수냉각과 병행하여 공기 막냉각 방법을 이용한 복합냉각 방식을 적용한 수치해석 연구를 수행하였다. 해석 결과, 공기 막냉각만을 적용한 방식보다 막냉각과 수냉각을 복합적으로 적용한 냉각 방식이 더 우수한 냉각성능을 보였으며, 적용 가능한 범위의 냉각 유량을 산출하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.636-640
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• 2011

막냉각은 재생냉각채널을 통과하는 추진제의 일부를 연소실 벽면으로 선회 분사하여 연료 과잉 혼합층을 형성함으로서, 벽면 열유속을 감소시키는 효과적인 냉각 방식이다. 본 연구에서는 초임계 압력 조건하에서 분사되는 케로신 막냉각이 재생냉각 연소기 내부의 연소와 냉각 특성에 미치는 영향을 정량적으로 예측할 수 있는 해석모델을 개발하였으며, 실제 연소기 시제품에 대한 연소시험 결과와 비교하였다. 지속적인 모델의 개선을 통해 향후 냉각설계안에 따른 성능, 냉각, 압력손실, 그리고 무게 등과 같은 상반된 요구조건을 종합적으로 비교/분석하는 설계도구로 활용될 것으로 기대된다.

• 항공우주기술
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• 제9권2호
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• pp.193-197
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• 2010

로켓엔진 고공 환경 모사용 디퓨져에는 연소가스의 고열로부터 디퓨져를 보호하기 위해 물을 이용한 냉각시스템이 사용되며 냉각수의 유량 및 압력은 냉각 채널 내부에서 냉각수의 비등이 발생하지 않도록 결정된다. 따라서 냉각수 유량의 변화에 따른 냉각 채널 벽면의 최고온도 예측은 냉각시스템의 운용 압력을 결정하는데 주요한 변수가 된다. 본 연구에서는 열평형 이론에 근거하여 유량 변화에 따른 채널 벽면의 최고온도를 예측하는 방법을 기술하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권8호
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• pp.641-648
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• 2016

본 연구에서는 수치해석 모델을 기반으로 초음속 막냉각 유동에서 분사 노즐 형상이 냉각성능에 미치는 영향을 분석한다. 노즐의 형상 변수로는 막냉각 노즐의 상부벽면 내외부경사각과 노즐 팁 두께가 고려된다. 해석결과를 통해서, 노즐 상부벽면의 내부경사각이 증가할수록 유량은 감소하지만 유량감소율 대비 막냉각효과 감소는 상대적으로 적음을 확인할 수 있다. 그리고 노즐 상부벽면의 외부경사각과 노즐 팁 두께는 대체적으로 크기가 증가할수록 막냉각 성능을 감소시키지만, 충격파와 막냉각 유동의 간섭이 발생하는 국부적인 영역에서는 냉각성능을 향상시킨다. 이와 같은 해석은 상용소프트웨어인 ANSYS Fluent V15.0을 활용하며, CFD 해석모델은 선행연구의 실험결과와 비교를 통하여 검증된다.

• 한국추진공학회지
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• 제11권5호
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• pp.78-84
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• 2007

탄화수소계 연료를 사용하는 재생냉각 로켓엔진 연소기에서는 벽면온도가 올라감에 따라 냉각채널 벽면에 화합물이 침전되는 코킹현상이 발생하는 것으로 알려져 있다. 이 현상은 냉각 유체에 의한 냉각 성능을 감소시키고 결과적으로 과열에 의한 연소기 손상을 야기할 수 있다. 본 논문에서는 재생냉각채널을 모사하는 전기가열장치 실험결과를 소개하고 실험결과를 바탕으로 구리합금과 탄화수소계 연료(Jet A-1)와의 적합성에 대해서 검토하였다.