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터보펌프 인듀서 주변 극저온 공동 유동장에 대한 수치해석 연구
민대호,김형준,김종암 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.11
본 연구에서는 공동유동에 대한 수치해석을 바탕으로 터보펌프의 흡입 성능 예측 연구를 주로 다룬다. 본 연구의 작동유체는 물 뿐만 아니라 극저온 유체에도 적용하였으므로 온도효과를 모사할 수 있는 지배방정식 및 상태방정식을 사용하였다. 또한 공동영역 주변의 압축성 영역 및 액체상 영역의 비압축성 영역을 동시에 안정적이고 효과적으로 해석할 수 있는 수치기법들을 적용하였다. 이를 통해 매질을 물로 한 경우 터보펌프 인듀서의 가압성능을 예측하고 실험 결과와 비교하였다. 또한 극저온 유체를 매질로 한 경우와의 비교를 통해 극저온 공동현상의 특징을 살펴보았다. 공동으로 인한 흡입성능 저하를 지연시키기 위한 설계연구의 일환으로 인듀서의 형상에 대한 파라메트릭 연구를 진행하였다. This research deals with performance prediction of turbopump inducer through the two-phase flow computations. To describe the two-phase flows and thermal effects of cryogenic fluids, we used the additional governing equation for one-phase mass conservation law and accurate equation of states. Also we used the stable and accurate numerical schemes for cavitating flows which incompressible and compressible regimes co-exist. As a results, we simulated cavitating flows around turbopump inducer with cold water and cryogenic fluids, and examined the thermal effects. Also we performed the parametric study on inducer shape as a preliminary study for inducer shape design to delay the cavitation breakdown.
이상 유동장 수치해석을 통한 터보펌프 인듀서 성능 예측 연구
민대호,김형준,김동환,김종암 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.4
본 연구에서는 이상유동 해석을 통한 터보펌프 인듀서의 성능 예측 연구를 주로 다룬다. 터보펌프 인듀서의 작동유체를 물 뿐만 아니라 극저온 유체에도 적용하기 위해 온도효과를 모사할 수 있는 지배방정식 및 상태방정식을 사용하였다. 또한 공동영역 주변의 압축성 영역 및 액체상 영역의 비압축성 영역을 동시에 안정적이고 효과적으로 해석할 수 있는 수치기법들을 적용하였다. 이를 통해 매질을 물로 한 경우 터보펌프 인듀서의 가압성능을 예측하고 실험 결과와 비교하였다. 또한 극저온 유체를 매질로 한 경우와의 비교를 통해 극저온 공동현상의 특징을 살펴보았다. This research deals with performance prediction of turbopump inducer through the two-phase flow computations. To describe the thermal effects of cryogenic fluids and two-phase flows, we used the additional governing equation for one-phase mass conservation law and accurate equation of states. Also we used the stable and accurate numerical schemes for cavitating flows which incompressible and compressible regimes are co-exists. As a results, we simulated cavitating flows around turbopump inducer with cold water and cryogenic fluids, and examined the differences of flow characteristics depending on the working fluids.
터보펌프 인듀서 주변 극저온 유동에 대한 수치해석 연구
민대호(D. Min),김형준(H. Kim),김종암(C. Kim) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5
본 연구에서는 터보펌프 인듀서 주변의 극저온 유동장에 대한 수치해석을 주로 다룬다. 이를 위해 수치해석에 사용된 수치기법에 대한 내용을 우선 다룬다. 수치기법에 대한 검증 문제로 2차원/축대칭극저온 유동문제를 해석하였고 이 과정에서 다양한 공동모델에 대한 비교 연구를 수행하였다. 마지막으로 3차원 터보펌프 인듀서에 대한 수치해석을 수행하고, 실험 결과와 타 연구결과와 비교함과 동시에 극저온 유체에서 나타나는 공동현상의 특징을 살펴보았다. This paper deals with numerical computations of cryogenic flows around turbopump inducer. Firstly, we introduce numerical methods to compute compressible/incompressible cryogenic two-phase flow. As a validation problem, computation results of 2 dimensional/axi-symmetric cryogenic flow will be presented. In this process, various cavitation model will be compared. Finally, numerical simulation of 3 dimensional turbopump inducer will be presented.
압축성-비압축성 극저온 캐비테이션 이상유동의 온도효과와 여러 가지 공동모델에 대한 연구
김형준,김동환,민대호,김종암 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.4
일반적으로, 극저온 유체에서의 캐비테이션 현상은 상당한 온도효과와 유체 물성치의 강한 변화를 발생시킨다. 이러한 온도효과를 이해하고 정량화 하는 것은 액체 수소와 액체 산소를 가압하는 액체로켓터보시스템을 디자인하는데 중요하다. 이 현상을 정확하고 강건하게 시뮬레이션하기 위해서는, 수치 기법이 압축성-비압축성 이상유동장의 공존을 다룰 수 있어야하고, 극저온 유체의 상태방정식이 정확하게 모델링 되어야 한다. 본 연구에서는, 본 연구 그룹에서 개발한 강건한 압축성-비압축성 이상유동 수치기법이 이용되었고, regression analysis를 이용하여 상태방정식을 모델링하였다. 이를 바탕으로, 액체질소에서의 캐비테이션 현상 해석결과를 수록하였다 Generally, cavitation in cryogenic fluids generates substantial thermal effects and strong variations in fluid properties. To simulate this phenomena accurately and robustly, numerical method should be able to treat the co-existence of compressible and incompressible two-phase flow fields, and equation of state of cryogenic fluid should be accurately modeled. In this paper, a robust compressible-incompressible two-phase scheme which was developed by our research group is used and equation of state is modeled using a regression analysis. And then, numerical simulations of cavitation in liquid nitrogen are presented.