로켓 노즐 유동해석에는, 전산 유체 역학 코드와 결합된 동결 유동 해석, 화학 평형 해석, 화학 비평형 해석이 사용되어진다. 고온 로켓 엔진 노즐의 설계에서, 동결 유동 해법과 동일한 수치적 특징을 가지는 화학평형 해석은 노즐의 열역학적 최대 성능을 예측하는 효율적인 설계 도구가 될 수 있다. 본 연구에서는 30톤급 KARI 액체 로켓 엔진 노즐에 대하여 동결유동 해석 및 화학평형 유동 해석을 수행하였다. 유동 해석 결과에 기초한 30톤급 KARI 액체 로켓 엔진 성능 평가는 노즐에서의 열화학적 특성에 대한 이해와 노즐의 성능을 제공할 것이다.
Diesel engine injector is used for spraying the fuel into the cylinder chamber. Complex phenomenon like cavitation occurs from small scale domain, highly pressurized condition and rapid injection. Flow inside the nozzle affects the whole engine performance including combustion and exhaust, therefore understanding the flow inside the injector nozzle is very important. In this paper, cylindrical and convergent-divergent nozzles are suggested for nozzle types and their influences on nozzle internal flow and nozzle outlet characteristics will be analyzed by changing their outlet diameters.
The present research is based upon the numerical analysis of a car windshield in order to represent the optimum design guide to improve the overall defrosting performance of the system. First, the control factors that highly affect the defrosting performance of a car windshield are chosen and afterwards, the optimum variables of each control factor are extracted out to analyze its performance. The main control factors for this research are respectively, the air injection angle of a defroster nozzle, the height of a nozzle outlet, and the ratio of the width to the height of a nozzle outlet. For such case when the air inlet angle is relatively small, the flow near the vicinity of the inner face of a windshield tends to expand. As a consequence, the heat transfer rate through the windshield decreases. Also, the height of a nozzle outlet is recommended to maintain its size to minimum. However, when the ratio mentioned before is designed less than unity, the defrosting performance decreases.
이젝터는 펌프의 일종으로서 고압의 유체가 지닌 압력에너지를 이용하여 흡입 유체를 빨아들여 이송하는 기계장치이다. 본 논문은 유한체적법 기반의 CFD 분석을 이용하여 이젝터의 성능에 영향을 미치는 혼합실 형상에 따른 영향을 조사하였다. 혼합실 내부의 노즐 직경과 노즐목 길이, 그리고 노즐 끝단과 유체가 외부로 빠져나가는 디퓨저 입구까지의 거리를 변화시키면서 성능을 좌우하는 흡입유체가 가장 잘 흡입되는 최적의 조건을 조사하였다. 연구 결과 이젝터의 성능은 노즐의 직경이 가장 큰 영향을 나타내는 것을 확인하였다. 혼합실 내부 노즐의 직경이 감소함에 따라 혼입율이 증가하는 것을 확인하였고 노즐 직경이 증가할수록 혼입율이 감소되는 것을 확인하였다. 반면 노즐목 길이, 노즐끝단과 디퓨저 입구까지의 거리에 대한 영향은 미비한 것으로 확인되었다. 마지막으로 CFD분석 자료를 토대로 인공신경망을 이용하여 더욱 구체적인 이젝터 혼합실 형상, 노즐 직경 23.8mm를 제시하였다.
The effect of the working fluid flow conditions and nozzle geometry on the spray performance of a twin-fluid nozzle used in Selective Catalytic Reduction is investigated experimentally. The liquid pressure is varied in the range of 0.3atm to 1.5atm and the air pressure is varied from the 0.5atm to 3.0atm. relative position between liquid nozzle(internal nozzle) and air nozzle(external nozzle) tip changes front 1mm inside the air nozzle to 1mm outside the air nozzle. The orifice diameter of the air nozzle is varied with 5mm. 6mm and 7mm. Spray visualization is realized with CCD-Camera. SMD(Sauter Mean Diameter) and mean particle velocities are measured by PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer) under various experimental conditions. The measuring point is 300mm away from the nozzle tip in the downstream spray. The experimental results are that spray angle is depended air flow rate because nozzle diameter, air pressure and nozzle tip relative positions are related air flow rate. SMD is depended air flow rate and water flow rate. Also, SMD is increased when water flow rate is bigger. SMD is decreased when Air flow rate is bigger.
Characteristics of high temperature rocket nozzle flow is discussed along with the aspects of computational analysis. Three methods of nozzle flow analysis, frozen-equilibrium, shifting-equilibrium and non-equilibrium approaches, were discussed those were coupled with the methods of computational fluid dynamics. A chemical equilibrium code developed for the analysis of general hydrocarbon fuel was coupled with three approaches of nozzle flow analysis, and a test was made for a bell nozzle at typical operation condition. As a results, the characteristics of the approaches were discussed in aspects of rocket performance, thermal analysis and computational efficiency.
Rotary performance and flow resistance induced by each element in suction nozzle of a vacuum cleaner with a double-blade rotary fan are investigated numerically and its relation with flow-induced noise and rotary performance is examined. Flow resistance and vorticity in suction nozzle are calculated and it is found that they are closely related with flow-induced noise. Gap between double blades, adoption of cross-flow fan, enlargement of flow inlet area, and optimization of blade number are tested for noise reduction. Finally, the effects of each method are verified experimentally. It is found that several combinations of the proposed methods can be adopted for noise reduction although the degree of reduction is not much.
부분흡입형 초음속 터빈의 노즐과 1단 로터 사이의 축방향 간극이 터빈의 단 성능과 유동장에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위해 터빈에 대한 3차원 유동해석을 수행하고 그 결과를 분석하였다. 상용 유동해석 프로그램 $FLUENT^{TM}$를 사용하였으며 다섯 가지 경우의 축간극에 대해 계산을 하였다. 노즐-로터 축간극이 팁 누설 유량의 증가와 로터 출구의 유동각에 영향을 주는 것을 확인하였다.
The aspect ratio is the main parameter which governs the outer flow pattern and nozzle performance. And in this study, some flow characteristics with the variation of nozzle aspect ratios such as mean pressure distributions along the center line of the outer flow, flow coefficients and the diffusion angles have been experimentally investigated. Through the experimental analysis, the higher aspect ratio was known to decrease the jet kinetic energy because of the friction losses at the outer of nozzle. As the result, it is found that the nozzle performance depends mainly on the aspect ratio of nozzle.
노즐의 팽창 조건에 따라 적용할 수 있는 이론적인 추력을 구하고 구해진 추력식을 이용하여 고체 추진기관의 추력을 조절하는 핀틀 추진기관의 설계변수, 즉 압력지수, 최소 작동압력, 대기압, 소화압력이 추력 조절 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 분석결과 압력지수가 클수록, 최소 작동압력이 낮을수록, 대기압이 높을수록, 그리고 소화압력이 높을수록 핀틀로 노즐목 면적 크기를 조금만 조절하여도 낮은 연소관 압력 조절 범위에서 충분히 원하는 추력비를 얻을 수 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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