채널형상과 마하수가 천음속 연소에 미치는 영향에 대한 수치 해석적 연구

이장창(Jang-Chang Lee) 대한기계학회 2005 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2005 No.5

The compressible dynamics of reactive flows is investigated by using the transonic small-disturbance (TSD) model and the one-step first-order Arrhenuis chemical reaction. The fluid flow is restricted to dilute chemical reactions with small heat release. The effects of channel shape and Mach number on transonic combustion are studied by numerical analysis. The results show that increasing the channel divergence helps to consume more reactant and convert the kinetic energy to higher thermal energy at the channel exit and that increasing the incoming flow Mach number creates flow states with steady weak shock waves and with increased reaction behind them.. It results in increased consumption of the reactant and in higher thermal energy at the channel outlet.

수정 Sonic Arc 익형의 공력성능

이장창(Jang-Chang Lee) 한국항공우주학회 2007 韓國航空宇宙學會誌 Vol.35 No.7

TSD 이론으로 구해진 sonic arc 익형의 형상을 새로운 익형 형상으로 수정하고 천음속 유동에서의 공력 성능을 조사하였다. Euler solver를 이용하여 수정 sonic arc 익형에 대한 수치계산을 수행하고 그 결과를 NACA0012 익형의 공력 성능과 초임계 익형의 공력 성능 그리고 NACA64A210 익형의 공력성능과 비교하였다. 천음속 유동의 같은 자유 유통 마하수에서 수정 some arc 익형의 압력 항력은 NACA0012 익형의 압력 항력보다 더 작게 나타났으며 수정 some arc 익형의 양항비는 NACA0012 익형의 양항비보다 훨씬 크게 나타났다. 천음속 유동에서의 항력 발산 마하수 비교에서는 수정 some arc 익형의 항력 발산 마하수가 NACA64A210 익형의 항력 발산 마하수보다는 크게 나타났지만 초임계 익형의 항력 발산 마하수 보다는 작게 나타났다. Sonic arc airfoil derived from the TSD theory is modified to new airfoil shape and its aerodynamic performance in transonic flow is investigated. The numerical simulation using Euler equations for the modified sonic arc airfoil is performed. The numerical results are compared with the aerodynamic performance of NACA0012 airfoil, of supercritical airfoil, and of NACA64A210 airfoil. In the same free stream Mach number of transonic flow, the pressure drag of the modified sonic arc airfoil is smaller than that of NACA0012 airfoil and the lift-drag ratio of the modified sonic arc airfoil is much larger than that of NACA0012 airfoil. In the comparison of the drag-divergence Mach number of transonic flow, the drag-divergence Mach number of the modified sonic arc airfoil is larger than that of NACA64A210 airfoil but is smaller than that of supercritical airfoil.

물, 증기, 얼음의 압력과 온도에 대한 정밀계산 : CFD를 위한 공식

이장창(Jang-Chang Lee),Meng-Sing Liou 대한기계학회 2009 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2009 No.11

An accurate approach is proposed for calculating the thermodynamic properties of water in three states: liquid, steam and ice, and the transitional states among them. The formulation is expressed in terms of quantities that are naturally used in Computational Fluid Dynamics (CFD), namely the specific volume (υ) and specific internal energy (υ), through the use of Gibbs free energy. The Gibbs free energy formula proposed by IAPWS, formulated as a function of pressure and temperature, is used as a basis in our calculations. The Jacobian matrix resulting from the transformation between sets of variables (p, T) and (υ, u) are derived for each phase; the Newton-Raphson method is used to iteratively solve the nonlinear equations. Numerical calculations have been carried out for the entire phase diagram covering all three phases. The numerical results are compared with the original data of IAPWS and the associated errors are analyzed. It is confirmed that the pressure and temperature are accurately calculated, with largest relative error on the order of 10?? in the ice phase. Hence, other thermodynamic properties are also obtained within the same level of accuracy. The method proposed in this paper for calculating pressure and temperature, variables needed in CFD, is reliable and can be applied to the numerical simulation of multiphase flows, including phase changes.

채널형상과 마하수가 천음속 연소에 미치는 영향에 대한 수치해석적 연구

이장창(Jang-Chang Lee) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.11

??천음속 미교란 모델과 1단계 1차 Arrhenius 화학반응식을 이용하여 반응유체의 압축성 유동에 대하여 연구하였다. 유체 유동은 적은 열방출을 수반하는 희박 예혼합 반응에 국한시켰다. 천음속 연소에 끼치는 채널형상과 채널입구 마하수의 영향 등을 수치해석을 이용하여 조사하였다. 수치결과에서 채널확대는 주어진 채널길이 내에서 화학반응을 증가시키고 있음에 반하여 채널수축은 출구 근처에서 화학반응을 억제시키고 있음을 보여주고 있다. 확대형 채널 내에서 입구유동 마하수 증가는 고정된 반응속도에서 유동을 가속시켰으며 불활성 유체 경우에는 나타나지 않는 약한 충격파가 나타났다. 또한 확대형 채널 출구 근처의 압력과 온도를 증가시키고 주어진 채널길이 내에서 반응체의 소비를 도와준다. The compressible flow of reactive fluid is investigated by using the transonic small-disturbance (TSD) model and the one-step first-order Arrhenuis chemical reaction. The fluid flow is restricted to dilute premixed reactions with small heat release. The effects of channel shape and Mach number on transonic combustion are studied by numerical analysis. The results show that the channel divergence increases the chemical reaction within the given channel length whereas the channel convergence inhibits the chemical reaction near the outlet and that increasing the inlet flow Mach number at a fixed reaction rate causes the flow acceleration in a diverging channel and the appearance of weak shock waves which do not show in the inert flow case. It also helps to increase the pressure and temperature near the diverging channel outlet and to consume the reactant within the given channel length.

점근해석을 이용한 확대형 채널 내의 천음속 예혼합 연소에 관한 연구

이장창(Jang-Chang Lee) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.8

확대형 채널 내의 정상 천음속 희박 예혼합 연소에 대해 점근해석을 이용하여 연구하였다. 이 모델은 근음속의 유동 속도와 일직선 채널로부터 벗어난 작은 형상변화 그리고 1단 1차 Arrhenius 화학 반응율에 의한 적은 열 방출 사이에서 일어나는 비선형 상호작용에 대하여 탐구하였다. 반응유체 유동은 연소 가스의 질량 분율을 계산하는 상미분 방정식과 연계된 비균질 천음속 미교란 방정식(TSD)을 사용하여 묘사하였다. 또한 점근해석으로부터 반응유체 유동 문제를 지배하는 상사 파라미터들을 유도하였다. 수치 결과들은 대류와 화학반응 그리고 형상효과 사이에 일어나는 복잡한 비선형 상호작용과 유동에 미치는 이것의 영향 등이 잘 나타나 있다. A steady transonic dilute premixed combustion in a diverging channel is investigated by using asymptotic analysis. This model explores the nonlinear interactions between the near-sonic speed of the flow, the small changes in geometry from a straight channel, and the small heat release due to the one-step first-order Arrhenius chemical reaction. The reactive flow is described by a nonhomogeneous transonic small-disturbance (TSD) equation coupled with an ordinary differential equation for the calculation of the reactant mass fraction in the combustible gas. Also the asymptotic analysis reveals the similarity parameters that govern the reacting flow problem. The results show the complicated nonlinear interaction between the convection, reaction, and geometry effects and its effect on the flow behavior.

수정 Sonic Arc 익형의 저속 공력특성

이장창(Jang-Chang Lee) 한국항공우주학회 2012 韓國航空宇宙學會誌 Vol.40 No.2

천음속 영역에 적합하도록 개발된 수정 Sonic Arc 익형의 저속 공력특성에 대해 조사하였다. 이 익형은 Schwendenman이 제안한 sonic arc 형상 함수와 NACA0012 형상 data 그리고 상용 프로그램 Maple을 이용하여 설계하였다. 수정 Sonic Arc 익형의 저속 공력 특성을 조사하기 위해 마하수 0.3 이하에서 수치해석을 수행하고 그 결과를 NACA0012 익형의 저속 공력성능과 비교분석하였다. 각 마하수에서 수정 sonic arc 익형의 항력은 NACA0012의 항력보다 약 1.5% 정도 작게 나타났으며, 양력 비교에서도 수정 Sonic Arc 익형의 양력은 NACA0012의 양력보다 약 2% 정도 일정하게 작게 나타났다. 또한 각 마하수에서 수정 Sonic Arc 익형의 모멘트 계수는 NACA0012의 값보다 약 1.4% 정도 작게 나타났다. The low speed aerodynamic characteristics of modified sonic arc airfoil which is developed to fit the transonic regime are investigated. This airfoil is designed by using the shape function of sonic arc proposed by Schwendenman, the data of NACA0012, and commercial program Maple. In order to investigate the low speed aerodynamic characteristic of sonic arc airfoil, the numerical analysis is conducted below Mach number 0.3 and the results are compared and analyzed with it of NACA0012 airfoil. At each Mach number, the drag of modified sonic arc airfoil is less 1.5% than NACA0012s drag and the lift of modified sonic arc airfoil is less 2% than NACA0012s lift. The moment coefficient of modified sonic arc airfoil is also less 1.4% than it of NACA0012 at each Mach number.

익형 주위의 압축성 습공기 유동에 대한 수치 해석적 연구

이장창(Jang-Chang Lee),Zvi Rusak 한국항공우주학회 2003 韓國航空宇宙學會誌 Vol.31 No.4

미교란 모델을 이용한 포화 습공기 천음속 2상 유동에서의 응축현상

이장창(Jang-Chang Lee),Zvi Rusak 한국항공우주학회 2003 韓國航空宇宙學會誌 Vol.31 No.6

점근해석을 이용한 확대형 채널 내의 천음속 연속에 관한 연구

이장창(Jang-Chang Lee) 대한기계학회 2004 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2004 No.11

A steady dilute premixed combustion at transonic speeds in a diverging channel is investigated. The model explores the nonlinear interactions between the near-sonic speed of the flow, the small changes in geometry from a straight channel. and the small heat release due to the one-step first-order Arrhenius chemical reaction. The reactive flow can be described by a nonhomogeneous transonic small-disturbance (TSD) equation coupled with an ordinary differencial equation for the calculation of the reactant mass fraction in the combustible gas. The asymptotic analysis results in the similarity parameters that govern the reacting flow problem. The model is used to study transonic combustion at various amounts of incoming react.a.nt mass, reaction rates, and channel geometries.

EFFECT OF NON-EQUILIBRIUM CONDENSATION OF WET STEAM IN THE MODIFIED SONIC NOZZLE

Balasubramanian Dhandapani,Jang-Chang Lee(이장창) 한국전산유체공학회 2020 한국전산유체공학회지 Vol.25 No.4

The non-equilibrium condensation effects of steam in the modified sonic nozzle are investigated. The modified sonic nozzle in this paper is based on the sonic nozzle of ASME where the flow velocity reaches Mach number one at the throat and where the pressure ratio of inlet/outlet(P1/P3) is operated with greater than two to achieve sonic state. As the superheated dry steam accelerates through the nozzle, the condensation of steam occurs and then the steam becomes the wet steam which is two phases mixture with saturated vapor and liquid droplets. The numerical modeling of the non-equilibrium condensation in the modified sonic nozzle is obtained by solving two transport equations based on the classical nucleation theory with the droplet growth law of Hill. The numerical results show that the Mach number reaches 1.2 immediately after throat, the droplet nucleation rate increases rapidly with increasing subcooling level(ΔT), and the liquid mass fraction increases gradually downstream of nozzle. Also the condensation effects in the modified sonic nozzle is compared internally with its different thermal choking ratio’s and with dry steam cases for better realization of the modified sonic nozzle.