Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.9
no.1
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pp.17-26
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2005
Both numerical analysis and cold tests for the swirl coaxial type injector were performed to obtain the influence of spray angle, velocity ratio and liquid film thickness for pressure drop and recess. The basic experimental and numerical data obtained in this study can be applicable to the performance design of swirl coaxial type injector. Spray angle was not affected by the applied test pressure drop, but spray angle was affected by tangential velocity ratio and shape factors. Feasibility of numerical analysis for the liquid film thickness and spray angle was confirmed, and the change of liquid film thickness by tangential velocity ratio affected more seriously than pressure drop, and liquid film thickness was decreased with increasing tangential velocity ratio.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.9
no.4
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pp.137-144
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2006
The basic data obtained in this research for single element performance were directly applied to the design of injector head(7 elements). Designed performance of the 7-element Swirl Coaxial injector was $245kg_f$ sea level thrust with 20bar combustion chamber pressure. Numerical analysis were performed to obtain the change of spray pattern for the design of injector head, and we confirmed the feasibility and application of those results. Hot tests were performed for the multi-element injector to compare with the performance of the single element injector and those can be applied to the design of scaled liquid rocket engine. The basic data obtained in this research can be directly applied to the real liquid rocket injector design.
It is important to study on the combustion instability to develop liquid rocket engines for preventing lower combustion efficiency and destruction of combustion chamber. There are many researches on simplex injector with liquid pulsation to solve this problem. In real rocket engine system, however, they use coaxial injectors. Therefore, research on coaxial injector with liquid pulsation is essential. In this study, we investigate dynamic characteristics of gas centered swirl coaxial injector varying tangential inlet diameter. A mechanical pulsator was used to generate an excitation in the liquid flow, and the response characteristics of the injector were confirmed. As tangential inlet diameter increased, mass flow rates increased and spray angle decreased. As tangential inlet diamter decreased, gain decreased because the pressure fluctuation in the injector manifold rarely passed through the inlet. Additionally, it was confirmed that a sufficiently small tangential inlet served as a damper.
Bae, Seong Hun;Hong, Joon Yeol;Kim, Heuy Dong;Kim, Jeong Soo
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.21
no.2
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pp.1-8
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2017
In order to analyze combustion characteristics of methane-oxygen diffusion flame in a model combustor, combustion experiments were carried out under various spray conditions of propellant scrutinizing combustion stability limit and flame shapes. As the propellant approached the theoretical equivalence ratio condition, a stable detached flame was observed even under high oxygen Reynolds number. And the length of the visible flame increased and the lift-off distance of the flame exhibited a tendency toward decrease. Due to the swirl effect of the propellant by the swirl-coaxial injector, a wide and short flame was produced. Thus, it may be appropriate to employ the swirl-coaxial injector in thrusters having a limited physical dimension.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2012.05a
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pp.31-34
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2012
Numerical simulations of the steady and unsteady state were conducted for a coaxial swirl injector with Kerosene fuel. Non-premixed equilibrium model based on chemical equilibrium assumption was used as turbulence-chemistry interaction model. As an equations of state, SRK(Soave-Redlich-Kwong) EOS was applied to deal with the behavior of real fluid in a high pressure condition. Through the steady and unsteady computations, mean values of steady and time-averaged unsteady state were compared on the temperature and OH mass fraction and it was shown that the flame structure of steady state was different to that of time-averaged unsteady state.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.3
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pp.222-229
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2012
The cooling of a injector effects on the vapor pressure of cryogenic oxidizer spray, and it decides the phase transition point at the ignition process, when the combustion chamber pressure increases drastically. The phase transition of oxidizer spray affects the ignition characteristics, and several ignition tests with the LOx/$GCH_4$ uni-element coaxial swirl injector was performed in the different initial temperatures of oxidizer injector, in order to investigate the effect of injector cooling on the ignition transient characteristics. At the transition point of oxidizer phase, where the combustion chamber pressure increased over the LOx vapor pressure, the temporary quenching phenomenon of the flame occurred. The lower temperature of chilled down injector and tubing tends to move up the phase transition earlier.
High-frequency combustion instabilities may occur during the development of feasible engine combustors. These instabilities can result in irreparable damages to the wall of combustors or the degradation of engine performance. So, it is essential to identify injectors that have high stability characteristics during the early stages of development. The objective of present study was to assess the stability of coaxial injectors and an impinging injector with different recess lengths in order to develop stable injectors optimally. Stability margin was evaluated based on the distance from operating condition to the unstable regions. A simulating combustion test method was used to analyze the stability of injectors. A small-scale combustion chamber was designed to simulate the first tangential acoustic mode of the actual combustor. Gaseous oxygen and a mixture of methane and propane were used as simulant propellants to satisfy their flow similarity to the actual propellants of a combustor in a liquid rocket combustor. The results indicated that injectors having small recess lengths showed relatively large combustion stability margins. For the injectors of large recess lengths, instability regions with large and super-large amplitude oscillations were observed. Thus, injector with shorter recess lengths had a higher stability than that of longer one due to the different mixing processes.
Kim Jong-Gyu;Kim In-Tae;Han Yeoung-Min;Seol Woo-Seok;Lee Kwang-Jin
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.10a
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pp.205-209
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2004
The configuration and arrangement of injector in LRE gas generator and combustor have a great impact on combustion process and heat exchange because of affecting atomization, vaporization, mixing and chemical reaction. A relation between injector array and mixing distribution of propellants based on a physical approach was investigated in this study. Programming method of this relation is used to predict mixing distribution of propellants. Simplicity of physical approach and various assumptions make it reduce the accuracy and application of the results of present study. But, this method is very useful to predict the mixing distribution of full scale combustor due to difficulties in cold flow testing.
Kim, Seung-Han;Han, Yeoung-Min;Seo, Seong-Hyeon;Moon, Il-Yoon;Lee, Kwang-Jin
유체기계공업학회:학술대회논문집
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2006.08a
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pp.451-454
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2006
This paper describes the results of cold flow test and hot firing tests of an uni-element coaxial swirl injector and hot firing tests of a subscale combustor, as to the development effort of coaxial swirl injector for high performance liquid rocket engine combustor. A major design parameter for coaxial swirl injector is the recess number of a bi-swirl injector. The results of hot firing tests of the uni-element injector combustor and the sub-scale combustor are analyzed to investigate the effect of the recess number influencing on the combustion performance and pressure fluctuation. The test results of a cold flow test of the unielement combustor shows that it was shown that the change in recess number has significant effect on mixing characteristics and efficiency, while the effect of recess number on atomization characteristic is not The results of a series of firing tests using unielement and subscale combustor show that the recess length significantly affects the hydraulic characteristics, the combustion efficiency, and the dynamics of the liquid oxygen/kerosene bi-swirl injector. As a point of combustion performance, combustion efficiencies are 90% for unielement combustor and 95% for subscale combustor. The difference in the characteristic velocities between the unielement combustor and the subscale combustor may be caused by the difference in thermal loss to the combustor wall and the relative lengths of the combustion chamber. For a mixed type coaxial swirl combustor, the pressure drop across the injector increases as recess number becomes larger. The low frequency pressure fluctuation observed in unielement combustor can be related to the propellant mixing characteristics of the coaxial bi-swirl injector. The effect of the recess number on the pressure fluctuation inside the combustion chamber is more significant in un i-element combustor than the subscale combustor, of which the phenomena are also observed in time domain and frequency domain.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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