• Title, Summary, Keyword: 연소반응

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Reexamination of the combustion instability of solid propellant with radiative heat transfer (복사 열전달을 고려한 고체 추진제의 연소 불안정 현상에 관한 재해석)

  • 이창진;변영환;이재우
    • Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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    • pp.10-11
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    • 1997
  • 고체 추진제를 사용하는 추진 시스템을 개발하는데 가장 커다란 문제로 인식되고 있는 것은 추진제의 연소 특성을 이해하는 일이다. 그 중에서도 연소실의 압력 진동과 추진제 벽면으로 흡수되는 복사 열전달에 의한 연소율(burning rate)의 변화로 인하여 발생하는 연소 불안정에 대한 이해는 아직도 완전히 규명되지 않고 있다. 고체 추진제의 연소 불안정에 대한 이론적 해석은 준-정상 1차원 해석(Quasi-Steady Homogeneous One-Dimension) 방법에 의하여 단순화된 지배방정식을 해석하는 것이 일반적으로 잘 알려져 있는 방법이다. 이 가정은 고체 추진제가 연수되는 영역을 두께가 매우 얇은 영역의 표면반응영역(surface reaction layer)과 화학반응이 없는 응축상태영역(condensed phase zone) 그리고 기체상태의 연료와 화염이 존재하는 기체상태영역(gas phase zone) 등의 3영역으로 구분하며, 기체상태영역에서 발생하는 교란에 대한 응축상태영역의 반응시간 크기(response time scale)가 매우 크기 때문에 응축상태영역의 반응은 준 정상적으로 일어난다고 가정하는 것이다.그러나, 연소실의 온도가 $3000^{\circ}K$ 정도의 높은 온도이어서 복사 열전달에 의한 고체 추진제의 가열이 중요한 열전달 방법으로 작용하게 되므로 이를 무시한 이론적 해석은 물리적인 중요성이 약하여질 수밖에 없다. 본 연구에서는 기체영역으로부터 전달되는 복사 열전달은 투명(transparent)한 표면반응영역을 통과하여 응축상태영역에서 모두 흡수되며 추진제 표면에서의 복사열방출(emission)을 고려하였다. 또한 연소불안정 현상을 해석하기 위하여 표면반응영역에서의 경계조건은 선형교란량으로 대치하는 Zn(Zeldovich-Novozhilov) 방법을 사용하였다. 이 방법은 기체상태영역에 대한 구체적인 해석없이도 연소불안정 현상을 해석할 수 있는 장점이 잇다. 즉 응축상태영역에서의 연소율과 표면온도는 각각 기체영역으로부터 전달되는 온도구배와 연소압력, 그리고 복사 열전달의 함수관계이므로 선형교란에 의한 추진제표면에서의 교란경계조건을 얻을 수 잇으며, 응축영역의 교란지배방정식과 함께 사용하여 압력교란과 복사 열전달의 교란에 대한 연소율의 교란 증감 여부를 판단하여 연소 불안정 현상을 해석할 수 있다.

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Theoretical Analysis of the Steady Burning Rate for Homogeneous Solid Propellants with Surface Evaporation (표면 증발을 고려한 AP추진제의 정상 연소율 해석)

  • 이창진
    • Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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    • pp.2-2
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    • 1998
  • 고체 추진제의 연소율(burning rate)은 연소의 동적 기동을 이해할 수 있을 뿐 아니라 추진제의 성능을 판단할 수 있는 중요한 수단이기 때문에 많은 연구가 진행되어 왔다. 특히 AP계의 고체추진제 표면에서는 발열반응인 분해반응(decomposition) 이외에도 기체로 증발되는 증발되는(evaporation or sublimation)이 존재한다. 증발반응으로 인하여 연소율은 외부압력의 변화에 대하여 반응하게 되며 실험적으로 $r_{b}$= a $p^n$의 관계를 보여주고 있다. 즉, 연소율(burning rate)은 연소실 압력 P의 n승에 비례하며 여기서 n은 실험적으로 결정되는 지수이다. 그러나 압력지수 n은 일반적으로 온도와 압력의 함수이기 때문에 실험적으로 이 측정하기는 매우 어려운 일이다. 또한 QSHOD 가정을 사용하여 고체 추진제의 연소 응답함을 해석하기 위해서 추진제의 민감계수(sensitivity parameters)에 관한 관계식이 필요하며 이러한 관계식은 추진제의 정상연소율에 관한 관계식으로부터 얻을 수 있다.다.

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Analysis of the Burning Rate of Solid Propellant Accounting for the Evaporation on the Surface (표면 증발을 고려한 고체추진제의 연소율 해석)

  • 이창진
    • Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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    • v.3 no.1
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    • pp.41-47
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    • 1999
  • The burning rate of solid propellant is one of the key parameter associated with the dynamic characteristics of combustion and the combustion performances. In the AP propellants, the evaporation on the reacting surface as well as the decomposition of the propellant is of great importance in determining the overall burning rate. In this study, a theoretical analysis was conducted to obtain the expression for burning rate in the steady state combustion with the energy and species equations in the condensed phase when the radiative heat flux partially contributes to the total heat transfer to the propellant surface.

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Numerical Analysis on the Reacting Flow-Field of Coaxial Combustor with a Wedge-Shaped Flame Holder (Wedge형 보염기를 장착한 동축형 연소기의 반응 유동장 수치해석)

  • Ko Hyun;Sung Hong-Gye
    • Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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    • pp.450-454
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    • 2005
  • A numerical analysis is performed to analyze the reacting flow-field of an axisymetric coaxial ramjet combustor. Two dimensional Navier-Stokes equation with low Reynolds number $k-\varepsilon$ turbulence model is utilized and finite-rate chemistry model is adopted. Eddy dissipation model is applied for a modeling of turbulent combustion. Two different types of combustors (combustor with a suddenly expanded dump and combustor with wedge-shaped flame holders) are compared in a view point of flame stabilizing.

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Numerical Study on the Effect Recess on the Turbulent Combustion of Kerosene/LOx Coaxial Rocket Injector (케로신-산소 로켓 동축 분사기 난류 연소에서 리세스의 영향에 대한 수치해석)

  • Choi, Jeong-Yeol;Shin, Jae-Ryul
    • Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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    • pp.92-95
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    • 2011
  • A multi-step quasi-global mechanism is developed for the kerosene/oxygen combustion analysis including dissociation products. Reaction constants of the global reaction are determined to have agreement with experimental data. The mechanism is used for the numerical analysis of the combustion flow field of the kerosene/oxygen shear coaxial injector. The results from high-resolution numerical analysis confirmed qualitatively that the recess enhance the fuel/air mixing and combustion efficiency by the increased flow instabilities.

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A Numerical Study of the Combustion Characteristics in a MILD Combustor with the Change of the Fuel and Air Nozzle Position and Air Mass Flow Rate (연료 및 공기 노즐 위치와 공기 유량 변화에 따른 MILD 연소 특성에 관한 해석적 연구)

  • Kim, Tae-Kwon;Shim, Sung-Hoon;Chang, Huyk-Sang;Ha, Ji-Soo
    • Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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    • v.33 no.5
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    • pp.325-331
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    • 2011
  • A numerical analysis of reactive flow in a MILD(Moderate and Intense Low oxygen Dilution) combustor is accomplished to elucidate the characteristics of combustion phenomena in the furnace with the change of fuel and air nozzle position and air mass flow rate. For the case with the fuel nozzle located near center position of combustor, the reaction zone started at the fuel nozzle and had inclined shape toward combustor wall when the air mass flow rate was relatively smaller. On the other hand, the end of reaction zone moved toward center of combustor from combustor wall when the air flow rate was relatively larger. For the case with the air nozzle located near center position of combustor, the reaction zone started at the fuel nozzle and had inclined shape toward combustor wall when the air mass flow rate was relatively small, which was similar as the previous case with smaller air mass flow rate. On the other hand, the end of reaction zone moved toward combustor wall when the air flow rate was relatively larger. The maximum temperature increased as the air mass flow rate increasing for both cases, and the concentration of thermal NOx increased also from the previous reason of temperature characteristics. The concentration of NOx for the case with the air nozzle located near center position of combustor was considerably smaller than that for the case with the fuel nozzle located near center position of combustor. From the present study, the case with the air nozzle located near center position of combustor and theoretical air flow rate was the most effective condition for the NOx reduction and perfect combustion.

CANDU 노심해석을 위한 WIMS-AECL용 WINFRITH와 ENDF/B-V Library의 비교평가

  • 민병주;심기섭;김봉기;권오선
    • Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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    • pp.214-219
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    • 1997
  • CANDU원자로의 노심계산을 위한 WIMS-AECL에 적합한 최적의 cross section library를 선정하기 위하여, 연소도에 대한 무한증배계수(k$\infty$)의 변화와 핵연료온도반응도계수, 냉각재온도반응도계수, 감속재온도반응도계수 및 기포반응도들을 계산하여 그 결과를 비교하였다. 그 결과, WIMS-AECL에 WINFRITH와 ENDF/B-V를 사용한 경우 핵연료 온도계수를 제외하고는 무한증배계수와 반응도계수들의 계산차이는 유효연소도 영역에서 크지 않았다. 그러나 연소가 진행됨에 따라 차이가 커짐을 보여주고 있으며, 기존의 POWDERPUFS-V(PPV)결과와는 초기 연소도에서는 차이가 적으나, 연소도가 커짐에 따라 많은 차이를 보여주고 있다. 따라서, 연소된 핵연료 또는 Pu이 함유된 핵연료에 대한 격자실험의 자료에 의하여 평가 및 검증될 수 있을 것이다.

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Numerical Analysis of Turbulent Combustion of a Kerosene/Oxygen Coaxial Injector with a Recess (리세스가 있는 케로신/산소 동축 분사기의 난류 연소 유동 해석)

  • Choi, Jeong-Yeol;Shin, Jae-Ryul
    • Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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    • pp.77-78
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    • 2011
  • A multi-step quasi-global mechanism is developed for the kerosene/oxygen combustion analysis including dissociation products. Reaction constants of the global reaction are determined to have agreement with experimental data. The mechanism is used for the numerical analysis of the combustion flow field of the kerosene/oxygen shear coaxial injector. The results from high-resolution numerical analysis confirmed qualitatively that the recess enhance the fuel/air mixing and combustion efficiency by the increased flow instabilities.

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Responses of Burning Liquid Propellant Sprays Perturbed by Unstable Pressure Waves (불안정한 압력파동 섭동에 의한 액체추진제 분무연소 반응)

  • Ko, Hyun;Lee, Gil-Yong;Yoon, Eung-Sub
    • Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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    • pp.3-3
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    • 1998
  • 액체추진제 로켓엔진 연소실에는 고유모드에 대응하는 음향파동이 내재되며 이러한 음향파동은 연소와의 상호작용을 통하여 불안정한 음향에너지를 공급받아 증폭되며 결국에는 연소불안정 상태에까지 이르게 된다. 이와 같은 불안정한 상태에 이르기 위해서는 연소로부터 되먹임되는 불안정 에너지의 양이 충분히 크고 구동 음향파동에 근접한 위상을 가져야 한다. 이와 같은 구동 메커니즘을 구성하는 상세한 물리적 현상들을 규명하고 예측하기 위한 많은 연구들이 보고되었으며, 이들 중 이론적인 시간 지연 모델을 사용하는 음향적인 방법은 매우 경제적인 반면 연소 현상에 대한 상세한 모사가 생략되어 연소 불안정의 구체적인 원인을 규명하는데 어려움이 있고, 파동 방정식에 의하여 연소실 내부의 파동 에너지 증가를 예측하는 방법은 연소기 내에서의 연소 메커니즘에 대한 고려 없이 연소에 의해 발생하는 에너지만을 포함하는 단점과 선형적인 연소 불안정에만 제한된다는 제한이 있다. 음향장과 커플된 기화반응 모델은 분무액적의 기화 과정이 추진제 연소의 지배과정이라는 가정 하에 연소응답을 기화반응으로 대체하는 방법으로, 역시 단시간 내에 결과를 얻을 수 있다는 장점이 있으나 기화반응으로부터 음향파동으로의 에너지 되먹임 과정이 배제되어 있어 정확한 결과를 구하기는 어렵다. 이에 대하여 최근에는 전산 모사적인 방법을 사용하는 대규모의 연소장 해석이 가능하여 짐으로써 음향파동에 의한 외란과 에너지 되먹임과정을 모두 포하마여 수치적인 방법을 사용하여 계산하는 액체추진제 로켓엔진의 고주파 연소불안정 해석방법들이 제시되고 있다.안정성 모드가 있음을 보였다. 밀도 변화가 있는 경우나 밀도 변화가 없는 경우 모두 sinuous 모드의 가장 불안정한 모드가 varicose 모드의 가장 불안정한 모드보다 더 불안정함을 보여주어 후류 유동은 자유 유동에 가까운 위상 속도를 가지는 sinuous 모드에 의해 지배될 것임을 예측할 수 있다. 연소반응이 완전연소에 가까울수록 그리고 압축성 효과가 클수록 유동내부의 온도가 증가하고 점성 또한 증가하여 후류유동은 안정됨을 알 수 있었다 유동변수들의 contour로부터 유동의 특성을 예측한 결과 baroclinic 항이 dilatational 항보다 상대적으로 크며, 중심선 상하에 생기는 vortex를 더욱 성장시킬 것으로 생각된다.냉각 홀의 막임, 연소 입자의 점착 부위 등을 예측하여 보완책을 준비할 수 있도록 하였다.$mm^2$sec였으며, 이는 다른 graphite/epixy 복합재의 확산계수와 유사한 값을 나타내고 있다. 또한 추진제가 충전된 연소관을 절단하여 밀폐한 후 95%RH 습도 조건에 보관함으로써 연소관 내부의 추진제 기계적 특성에 미치는 침투된 습기의 영향도 함께 고찰하였다. 추진제에 따라 차이는 있겠으나 추진제가 충전된 연소관은 순수 복합재 연소관에 비해 습기의 투과 정도가 작으며, 본 연소관에 충전된 RDX/AP계 추진제의 경우 추진제의 습기투과에 의한 추진제 물성 변화는 미미한 것으로 나타났다.의 향상으로, 음성개선에 효과적이라고 사료되었으며, 이 방법이 편측 성대마비 환자의 효과적인 음성개선의 치료방법의 하나로 응용될 수 있으리라 생각된다..

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