• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2003년도 제20회 춘계학술대회 논문집
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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.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권3호
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• pp.232-241
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• 2011

하이브리드 로켓은 난류 산화제 유동과 고체 추진제의 기화로 인한 분사 유동 사이의 상호 작용에 의해 복잡한 형태의 혼합 전단층이 존재한다는 특별한 성질을 가지고 있다. 본 논문에서는 유동 간섭에 의해 표면에서 발생하는 진동 유동의 물리적 특성을 연구하기 위하여 압축성 효과를 고려한 질량분사가 있는 덕트 유동의 LES(Large Eddy Simulation) 해석을 수행하였다. 계산 결과에 따르면, 기화 질량이 분출됨에 따라 주유동방향 와류의 특성이 강해지고 국부적으로 발생하는 역류 현상을 근거로 벽면 근방에서 원주방향 와류가 생성됨을 확인하였다. 그리고 시간 특성을 갖고 나타나는 와류 흘림 현상은 혼합 전단층에 기인한 유동 불안정성에 의해 촉진되었으며, 분출유동에 의해 발달한 고유 진동 유동을 의미하는 압력 섭동의 특정 진동수가 $\omega$=8.8에서 검출됨을 확인하였다.

• 시멘트 심포지엄
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• 30호
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• pp.153-157
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• 2003

• 대한기계학회논문집
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• 제12권4호
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• pp.876-891
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• 1988

본 연구에서는 실린더내의 혼합유동을 고찰하기 위하여 두 분류를 충동 유동 시켜 충돌 후 혼합 유동 상태를 온라인 측정 시스템에 의하여 계측하였다.실린더내 의 난류에 의한 혼합현상을 구명하기 위하여 혼합영역을 중심으로 3차원유동 성분들의 평균속도, 난류응력 등을 측정하여 일반 자유분류의 반실험식과 비교 검토하였으며, 본 실험 결과에 잘 일치하는 반실험식을 가정식으로부터 컴퓨터에 의한 점근적 방법으 로 구하였다.

• 항공우주기술
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• 제3권2호
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• pp.183-190
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• 2004

액체로켓용 연료펌프의 설계를 검증하기 위해 상용 3차원 유동해석 소프트웨어를 이용하여 설계점 성능을 예측하였다. 연료펌프의 성능과 축추력에 영향을 미치는 누설유량에 대한 예측의 정확도를 높이기 위해 인듀서, 임펠러, 볼류트 및 2차 유로를 계산영역으로 설정하였으며 인듀서/임펠러/누설유로/볼류트 사이의 경계면에 혼합면 기법을 적용하여 계산에 소요되는 시간을 줄이고자 하였다. 유동해석을 통해 예측된 수력성능은 설계요구조건을 만족시키는 것으로 나타났으나 축추력이 허용치에 비해 크게 예측되어 이를 감소시키기 위한 설계변경이 이루어졌다. 변경된 설계안에 대한 유동해석을 수행한 결과 연료펌프의 수력성능은 유지되면서 축추력은 처음의 설계안에 비해 30% 수준으로 크게 감소하였음을 확인할 수 있었다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2008년도 춘계학술대회논문집
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• pp.641-646
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• 2008

Long and slender body with or without flexible supports under severe operating condition can be unstabilized even by the small cross flow. Turbulent flow mixer, which actually increases thermal-hydraulic performance of the nuclear fuel by boosting turbulence, disturbs the flow field around the fuel rod and affects dynamic behavior of the nuclear fuel rods. Few studies on this problem can be found in the literature because these effects depend on the specific natures of the support and the design of the system. This work shows how the dynamics of a multi-span fuel rod can be affected by the turbulent flow, which is discretely activated by a flow mixer. By solving a state-space form of the eigenvalue equation for a multi-span fuel rod system, the critical velocity at which a fuel rod becomes unstable was established. Based on the simulation results, we evaluated how stability of a multi-spanned nuclear fuel rod with mixing vanes can be affected by the coolant flow in an operating reactor core.

• 유변학
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• 제2권1호
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• pp.67-78
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• 1990

세라믹 분말의 사출성형성을 평가하기 위하여 다양한 혼합체 시스템에 대한 혼합도 와 유변학적 성질을 질화규소 미세분말의 부피비를 변화시키면서 조사하였다. 열가소성 결 합체 시스템은 폴리에틸린 폴리에틸렌 왁스 그리고 미소량의 첨가제를 혼합하여 사용하였 다. 혼합성능을 평가하기 위하여 비분산혼합에서는 총접촉면적비를 그리고 분산혼합에서는 총파괴표면적비를 혼합척도로서 사용하여 정성적으로 모형화하였다. 사용된 혼합기내의 유 동장을 해석하기 위하여 뉴우톤유체를 가정하여 유동해석을 수행하였다. 혼합물의 혼합도는 각각 5분 30분 동안 혼합된 시편을 주사전자현미경 사진에 의해 관찰하여 평가하였다. 또한 혼합물의 사출성형성 그리고 혼합질 점도 토우크 곡선 사이의 관계를 규명하기 위하여 전단 변형를 속도를 따른 점도를 모세관 점도계를 사용하여 측정하였으며 질화규소의 부피비가 60%일 때까지는 만족할 만한 성형성과 혼합질을 가짐을 알 수 있었다.

• 한국추진공학회지
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• 제18권1호
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• pp.1-7
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• 2014

본 연구에서는 유동의 속도비와 입자의 크기가 덕티드 로켓의 2차 연소기 내의 유동 혼합 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 연구의 실험적 기법으로는 PIV(Particle Image Velocimetry)가 적용되고 수치적 방법으로는 LES(Large Eddy Simulation)가 사용되었다. PIV 입자로는 직경 $5{\mu}m$와 $50{\mu}m$의 폴리스틸렌이 각각 사용되었고, 속도비는 각각 5, 3, 1.5로 수행되어졌다. 고속유로를 통한 유동이 저속유로의 유동과 혼합되어 재부착점과 재순환 영역을 형성하였고, 속도비가 작을수록 재순환 영역이 커졌다. 큰 입자를 적용한 경우가 증가된 모멘텀에 의해 재순환 영역이 크게 나타났고, 유동 특성에 대한 속도비의 영향은 작은 입자를 적용한 경우에 비해 크지 않게 나타났다.

• 한국추진공학회지
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• 제22권3호
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• pp.53-64
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• 2018

본 논문에서는 초음속 유동장 내 연료 수직 분사 조건에서 분사구의 형상에 따른 연료/공기 혼합 특성을 분석하고자 하였다. 이를 위해 동일한 분사구 출구 면적과 유량 조건에 대해 수소와 공기에 대한 비반응 유동장 전산 해석을 수행하였다. 해석 결과의 검증을 위하여 자유류 마하수 3.38, 제트-자유류 운동량 플럭스비 1.4 인 평판 분사 시험을 모의하였다. 5개의 서로 다른 형상을 갖는 분사구를 이용하여 형태에 따른 박리 구간, 분사 제트의 구조의 차이를 살펴보고 분사구 후류에서 수소의 침투 높이와 수소-공기의 혼합에 따른 가연 면적에 변화를 확인함으로써 분사구 형상에 따른 연료/공기 혼합 특성을 정량적으로 비교하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제25회 추계학술대회논문집
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• pp.64-71
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• 2005

효과적인 초음속 연소를 위해 연료와 공기의 빠른 혼합이 필요하며, 혼합 향상을 위해 연료분사 방식에 대한 여러 연구들이 수행되어 왔다. 본 연구에서는 길이-깊이 비가 4.8, 후면 경사각이 $22.5^{\circ}$인 개방형 공동 모델을 사용하였으며, 마하수 1.92에서 운동량비에 따른 분사구 주변의 유동 특성 및 연소실 내 압력 분포를 슐리렌 가시화와 압력 측정을 사용하여 파악하였다. 운동량비는 연료의 침투거리와 분사지역의 유동에 큰 영향을 끼친다.