Numerical Study of Separated Nozzle Flows for Various Pressure Ratios

압력비에 따른 박리 노즐 유동의 수치적 해석

  • 김희경 (한국항공우주연구원) ;
  • 박승오 (한국과학기술원 기계공학과 항공우주)
  • Published : 2002.12.01


Axisymmetric separated flows in a converging-diverging conical nozzle are investigated through numerical simulations for various pressure ratios. We employ AUSM scheme for spatial derivatives and Pulliam's 2nd order subiteration time stepping scheme for implicit time integration. Numerical results indicate that the separated flow structures are very complex when compared to the simple quasi-one dimensional flow. Depending on the pressure ratio, the flow within the nozzle is either separated or non-separated. Various separated flow patterns with distinctive features are illustrated and discussed in detail.

압력비에 따라 유동 구조가 달라지는 박리 노즐 유동을 수치적인 방법으로 해석하였다. 축대칭 Navier-Stokes 식에 유한 체적법을 적용하여 공간 차분항에는 AUSM 기법, 시간 차분항은 2차의 시간 정확도를 가지는 기법을 사용하였다. 형상이 주어진 노즐 유동은 압력비에 따라 1차원 해석해가 존재하지만, 수치적으로 해석된 축대칭 노즐 유동은 매우 복잡한 유동 구조를 나타내었다. 압력비에 따라 박리 또는 비박리 유동, 정상 또는 일정한 주기성을 가지는 비정상 유동, Regular reflection, recirculation이 존재하거나 존재하지 않는 Mach Reflection 등의 특징적인 유동을 가지고 있었다. 본 연구에서는 이러한 유동 구조 중에서 박리 노즐 유동을 고찰하여 일정한 규칙성을 가지고 유동 구분을 하였다.


  1. C. L. Chen, S. R. Chakravarthy and C. M. Hung, "Numerical Investigat ion of SeparatedNozzle Flows", AIAA, vol. 32, no. 9, 1994, pp.1836-1743
  2. F. Nasuti and M. Onofri, "Viscous andInviscid Vortex Generation During Startup ofRocket Nozzle", AIAA, vol. 36, no. 5, 1998, pp.809-815
  3. J. R. Edwards, "A Low-DiffusionFlux-Splitting Scheme for Navier-StokesCalculations", Computer & Fluids, vol. 26, no.6, 1997, pp. 635-659
  4. T. H. Pulliam (Senior Staff Scientist, FluidDynamics Division NASA Ames ResearchCenter), "Time Accuracy and The Use ofImplicit Methods" AIAA Paper 93-3360
  5. R. F. Cuffel, L. H. Back, and P. F.Massier, " Transonic Flowfield in a SupersonicNozzle with Small Throat Radius of Curvature", AIAA, vol. 7, No.7, 1969, pp. 1364-1366
  6. 김희경, "압력비에 따른 박리 노즐 유동의 수치적 해석", 석사학위논문, 한국과학기술원, 2001