3차원 분무연소장 해석에 의한 액체추진기관 연소실 성능예측에 대한 연구

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기타언어초록

OFO, FOF 삼중 충돌형 및 FOOF 이중 분리 충돌형 분무연소장의 3차원 수치해석을 통한 연소성능 예측 및 성능설계 방법에 대하여 고찰하였다. 예조건화 압축성 유동 지배방정식과 저 레이놀즈수 $kappa$-$varepsilon$ 2 방정식 난류모델을 바탕으로 LU-SGS 기법을 사용하여 시간적분 하였으며 분무과정은 DSF 방법을 사용하여 모사하였다. n-heptane 액적과 공기를 연료와 산화제로 하는 액체 추진기관 내에서의 분무 연소장을 계산하였으며 연소에서의 난류의 영향은 eddy 소산모델을 사용하여 모사하였다. 분무연소장의 특성과 연소성능이 비교되었으며, 계산 결과 FOF 삼중 충돌형 분사기의 성능이 가장 우수한 반면, OFO 삼중 충돌형 분사기의 성능이 가장 저조한 것으로 나타났다. 연소효율에 중대한 영향을 미치는 파라미터로는 운동량비에 따른 초기 분무 액적의 평균직경과 혼합효율임을 확인하였다. 연소효율은 초기 분무 액적의 평균직경과 반비례, 혼합효율에 비례하여 증가되며, 산화제/연료 혼합비도 비례하여 상승하나, 일정 운동량비 이상에서는 감소되는 것으로 나타났다. 각 분사기 형태에서 운동량비에 따른 연소효율의 변화는 혼합효율의 변화와 동일한 경향을 보이며 그 크기는 분무 액적의 평균직경에 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었다.

기타언어초록

In this paper, numerical experiment is attempted to analyze and compare the combustion efficiency of the burning sprays due to OFO, FOF triplet / FOOF split doublet injectors. Preconditioned Wavier-Stokes equation system with low Reynolds number $kappa$-$varepsilon$ model for turbulence closure, is LU-SGS time-integrated. Spray processes are modeled by DSF analysis with experimentally determined injection characteristics. n-heptane/air global reaction model approximates the combustion for simplicity, and the influence of turbulence on the chemical reaction is included using eddy dissipation model. The results showed the FOF triplet injector of highest combustion efficiency, whereas the OFO type of poet performance. It was also observed that the droplet mean diameter and the average gas temperature due to the mixing efficiency, are the representative parameters for the performance design of combustion.

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