동축형 전단 분사기의 액적분포 균일도 및 혼합성능을 개선하기 위해 고안한 액체로켓 엔진용 동축형 다공성 분사기의 개발에 앞서 다공성재를 분사기에 적용하기 위해 다공성재를 통과하는 압축성 유체의 압력강하 특성을 파악하였다. Non-Darcy 유동의 압력강하는 점성력과 관성력으로 인한 손실을 포함하는 Forchheimer 방정식을 이용하여 도출할 수 있으며, 이 때 다공성재의 형상인자인 투과율과 관성력의 영향을 나타내는 Ergun 상수를 이용하여 다공성재를 통과하는 압축성 유체의 압력강하를 예측할 수 있다. 본 연구에서는 다공성재의 압력강하 특성을 나타내는 투과율와 Ergun 상수를 작동유체의 압력강하에 대한 함수로 나타내었으며, 최종적으로 이를 일반화하여 pore의 크기에 따라 압력강하를 예측할 수 있는 관계식을 도출하였다.
This study proposes the characteristics of the pressure drop in a compressible fluid through porous media for application to a porous injector in a liquid rocket engine in order to improve the uniformity of the drop size distribution and the mixing performance of shear coaxial injectors. The fluid through the porous media is a Non-Darcy flow that shows a Nonlinear relation between the pressure drop and the velocity at high speed and high mass flow rate. The pressure drop of the Non-Darcy flow can be derived using the Forchheimer equation that includes the losses of viscous and inertia resistance. The permeability and Ergun coefficient represented as a function of the pressure drop and pore size can be applied to the porous injector, where the fluid through the porous media is compressible. A generalized correlation between the pressure drop in relation to the pore size was derived.
