Abstract
Mesh screen modeling and liquid propellant discharge simulation of surface tension tank were performed using commercial CFD software Flow-3d. $350{\times}2600$, $400{\times}3000$ and $510{\times}3600$ DTW mesh screen were modeled using macroscopic porous media model. Porosity, capillary pressure, and drag coefficient were assigned for each mesh screen model, and bubble point simulations were performed. The mesh screen model was validated with the experimental data. Based on the screen modeling, liquid propellant discharge simulation from PMD tank was performed. NTO was assigned as the liquid propellant, and void was set to flow into the tank inlet to achieve an initial volume flow rate of liquid propellant in $3{\times}10^{-3}g$ acceleration condition. The intial flow pressure drop through the mesh screen was approximately 270 Pa, and the pressure drop increased with time. Liquid propellant discharge was sustained until the flow pressure drop reached approximately 630 Pa, which was near the estimated bubble point value of the screen model.
상용 CFD 프로그램 Flow-3d를 활용하여, 표면 장력 탱크 적용을 위한 메시 스크린의 모델링 및 추진제 배출 해석을 수행하였다. Flow-3d 내 거시적 다공성 매체 모델을 사용하였으며, $350{\times}2600$, $400{\times}3000$, $510{\times}3600$ DTW 메시 스크린에 대한 공극률, 모세관압, 항력계수를 스크린 모델에 대입 후, 기포점 측정 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과를 실험 데이터와 비교하였으며, 메시 스크린 모델링의 적절성을 검증하였다. 이를 기반으로 스크린 모델을 포함한 PMD 구조체에 대한 추진제 배출 해석을 수행하였다. 추진제는 액상의 NTO를 가정하였으며, $3{\times}10^{-3}g$ 가속 조건에서 초기 유량을 만족하도록 void를 유입시켰다. 메시 스크린을 통한 차압은 초기 약 270 Pa에서 시간에 따라 증가하였으며, 스크린 모델의 예상 기포점과 유사한 630 Pa에 이르기까지 액상 추진제 배출을 지속하였다.
