내열재의 열반응 모델링 및 유동-열-구조해석의 상용코드 적용 동향

황기영,배지열 한국추진공학회 2019 한국추진공학회지 Vol.23 No.6

The numerical analysis of ablative thermal protection systems (TPS) for solid rockets has been carried out with various in-house codes since the 1960s. However, the application scope of commercial codes has been expanded by adding subroutines and user-defined functions (UDF) to codes such as Fluent, Marc, and ABAQUS. In the past, the flow, thermal response and structural analysis of TPS have been performed using separate approaches. Recently, research has been conducted to interrelate them. In this paper, the thermal response characteristics of thermal protection materials, the in-house codes for thermal response analysis, and the research trends of flow-thermal-structure analysis of TPS using commercial codes were reviewed. 고체 로켓용 삭마성 내열 시스템의 수치 해석은 1960년대부터 다양한 In-house 코드로 수행되어 왔으나 Fluent, Marc, ABAQUS 등 상용코드에 서브루틴, UDF 등을 추가하여 해석 범위를 확장함으로써 상용코드의 활용 범위가 넓어지고 있다. 또한 예전에는 내열 시스템의 유동, 열반응과 구조해석을 각각 수행하였으나 근래에는 이들을 서로 연동하여 해석하는 연구들이 진행되고 있다. 본 논문에서는 내열재의 열반응 특성, 열반응 해석용 In-house 코드 그리고 상용코드로 내열 시스템의 유동, 열반응과 구조 해석을 수행한 연구동향을 고찰하였다.

분출냉각의 연구동향 및 고성능 비행체 엔진 적용사례

황기영,김유일 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.4

분출냉각은 높은 압력과 온도의 가혹한 환경에서 운용되는 고성능 액체로켓과 공기흡입식 엔진을 위한 가장 효과적인 냉각방법이다. 연소기 라이너와 터빈 블레이드/베인은 다공질 벽면을 통과하는 냉각재(공기또는 연료)뿐만 아니라 차단막으로 작용하는 공기에 의해 냉각된다. 그러나 이의 실용화는 유용한 다공질 재료의 제한에 의해 방해를 받아왔다. 벽면 내에서 내부 열전달을 증가시키는 보다 현실적인 방법을 찾는 노력을 통해 Lamilloy? 및 Transply?와 같은 다층 기공 구조물을 개발하게 되었다. 본 논문은 가스터빈, 액체로켓 및 스크램제트의 엔진을 위한 분출냉각의 최근 연구동향을 고찰하였다. Transpiration cooling is the most effective cooling technique for the high-performance liquid rocket and air-breathing engines operating in aggressive environments with higher pressures and temperatures. Combustor liners and turbine blades/vanes are cooled by the coolant(air or fuel) passing through their porous walls and also the exit coolant acting as an insulating film. However, its practical implementation has been hampered by the limitations of available porous materials. The search for more practical methods of increasing the internal heat transfer within the walls has led to the development of multi-laminate porous structures, such as Lamilloy? and Transply?. This paper reviews recent research activities of transpiration cooling for the engines of gas turbine, liquid rocket, and scramjet.

궤도차량의 로드휠 응력해석

황기영 대한기계학회 1992 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.- No.-

수직휜이 부착된 평행평판 채널내의 유동 및 열전달에 관한 수치해석

황기영,김홍제,모정하,Hwang, K.Y.,Kim, H.J.,Moh, J.H. 대한설비공학회 1995 설비공학 논문집 Vol.7 No.4

An analysis is made of the laminar fluid flow and heat transfer characteristics in a parallel-plate channel to whose walls are fitted with a series of equidistant staggered fins placed transversely to the flow direction. The governing equations are solved numerically by a finite-volume method for elliptic flows. Based on the obtained solutions of flow and temperature fields, the effects of Reynolds number and various geometric parameters on the heat transfer performance and pressure drop are evaluated. A comparson of the heat transfer characteristics between the channels with and without staggered fins is also made.

수직응고 시스템에서 밀도차와 냉각률이 열전달 및 열응력에 미치는 영향

황기영,이진호 대한기계학회 1995 대한기계학회논문집 Vol.19 No.4

Numerical analysis of vertical solidification process allowing solid-liquid density change is performed by a hybrid method between a winite volume method (FVM) and a finite element method (FEM). The investigation focuses on the influence of solid-liquid density change and cooling rates on the motion of solid-liquid interface, solidified mass fraction, temperatures and thermal stresses in the solid region. Due to the density change of pure aluminium, solid-liquid interface moves more slowly but the solidified mass fraction is larger. The cooling rate of the wall is shown to have a significant influence on the phase change heat transfer and thermal stresses, while the density change has a small influence on the motion of the interface, solidified mass fraction, temperature distributions and thermal stresses. As the cooling rate increases, the thermal stresses become higher at the early stage of a solidification process, but it has small influence on the final stresses as the steady state is reached.

삭마이동경제면을 고려한 노즐내열재의 2차원 열해석

황기영,강윤구 한국추진공학회 1999 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.1999 No.4

Consideration About the Bacterial Endotoxin Test Showing False Positive Test Result When Performing LAL Test

황기영,조용현,이용석,김형우,이홍재,김현주,Hwang, Ki-Young,Cho, Yong-Hyun,Lee, Yong-Suk,Kim, Hyung-Woo,Lee, Hong-Jae,Kim, Hyun-Ju The Korean Society of Nuclear Medicine Technology 2009 핵의학 기술 Vol.13 No.3

환자 몸에 투여되는 주사용제재으로서 약품 내 무균성이 요구되어진다. 현재 대부분의 방사성약품합성 실에서는 사용하기가 비교적 간편하고 민감도가 우수한 Bacterial Endotoxin Test로 방사성약품 내 발열성물질이 존재하는지의 유무를 실험한다. 그렇지만 테스트결과를 해석할 때 가끔씩 위 양성의 결과를 나타내서 결과를 해석 시 혼란을 줄 때도 있다. 이 위 양성의 원인을 알아보기 위해 pH영역이 다른 buffer와 Ethanol sample을 사용해서 실험을 해보았다. 그 결과 pH영역이 너무 산성이나 염기성인 1.0~5.0 그리고 11.2~12.6에서 위 양성의 결과를 나타냈고 Ethanol sample에 있어서는 20~50%에서는 위 양성의 결과를 100%에서는 완전한 양성의 결과를 나타내었다. Pyrogen은 면역력이 약한 환자들에게 있어서 두통이나 발열, 백혈구감소증 등의 증상을 일으키고 심지어 합병증으로 인해 환자들에게 치명적인 반응을 일으키기도 한다. 그러므로 우리는 위양성의 결과에 영향 미치는 이런 요인들을 최대한 배제함으로써 객관적이고 신뢰할만한 Pyrogen test결과를 도출하는게 필요하다. Purpose: Since radiopharmaceuticals are intended for human administration, it is imperative that we should undergo quality control very strictly. Now almost all the PET laboratories have adopted Bacterial Endotoxin Test as the stand quality control method to monitor whether pyrogen is free or not in the product vial containing crude solution. The aim of this study is to find out the reason why false positive result is observed when using commercially available test vial. Materials and Methods: For this experiment, we used commercially available single test kit (Associates of Cape Code. Inc. USA) and we made pH samples by mixing each buffer whose pH ranges are 1.0 to 12.0. Otherwise we made Ethanol samples diluted with distilled water. After making test samples, it added 0.2 mL to the test vial. Assay mixture in the test vial was incubated in a water bath (Chang Shin Co. KOR) for 60 min at $35{\pm}2^{\circ}C$. Results: After incubation period ($60{\pm}1^{\circ}C$), we inverted the test vial about $180^{\circ}$ To know what pH and how many percentage of Ethanol (Fisher Scientific Korea. Ltd) will affect the reaction. With pH buffer, false positive result was observed at pH 1.0 to 5.0 and 7.7 to 12.6 but at pH 5.2 to.7.5, the test results show negative. It's very strange that we couldn't observe negative test result with Tris buffer at pH 8.4, 8.6, 8.8, 9.0. in other case Ethanol, the test result was seen with 5 to 10% Ethanol. But to my surprise we could see very thick gel formation with 100% Ethanol. Conclusions: In this study, we could notice that pH which is too much acidic or alkalic or high concentrated Ethanol would affect Bacterial Endotoxin Test result. As you know, LAL test is sensitive and very reliable method. Therefore, we are needed to elicit the accurate test result as possible as we can.

고성능 비행체 엔진을 위한 분출냉각의 연구동향

황기영(Ki-Young Hwang),김유일(You-Il Kim) 한국항공우주학회 2011 韓國航空宇宙學會誌 Vol.39 No.10

분출냉각은 높은 압력과 온도의 가혹한 환경에서 운용되는 고성능 액체로켓과 공기흡입 엔진을 위한 가장 효과적인 냉각방법이다. 분출냉각이 적용되는 경우, 연소기 라이너와 터빈 블레이드/베인은 다공질 벽면을 통과하는 냉각재(공기 또는 연료)뿐만 아니라 차단막으로 작용하는 벽면을 빠져나온 냉각재에 의해 냉각된다. 이러한 냉각기술의 실용화는 가용한 다공질 재료의 부재로 인해 제한을 받아왔다. 그러나 금속결합 기술의 발전으로 확산접합과 식각된 얇은 금속판으로 제작한 Lamilloy^®와 같은 다층 기공 구조물이 개발되었다. 그리고 또한 경량 세라믹 매트릭스 복합재료가 개발됨에 따라 분출냉각은 근래 고성능 엔진 냉각을 위한 유망 기술로 여겨지고 있다. 본 논문에서는 분출냉각의 최근 연구동향 및 가스터빈, 액체로켓 및 극초음속 비행체 엔진에 이의 적용사례를 고찰하였다. Transpiration cooling is the most effective cooling technique for the high-performance liquid rockets and air-breathing engines operating in aggressive environments with higher pressures and temperatures. When applying transpiration cooling, combustor liners and turbine blades/vanes are cooled by the coolant(air or fuel) passing through their porous walls and also the exit coolant acting as an insulating film. Practical implementation of the cooling technique has been hampered by the limitations of available porous materials. But advances in metal-joining techniques have led to the development of multi-laminate porous structures such as Lamilloy^® fabricated from several diffusion-bonded, etched metal thin sheets. And also with the availability of lightweight, ceramic matrix composites(CMC), transpiration cooling now seems to be a promising technique for high-performance engine cooling. This paper reviews recent research activities of transpiration cooling and its applications to gas turbines, liquid rockets, and the engines for hypersonic vehicles.

극초음속 활공 비행체(HGV)의 비행시험 현황

황기영(Ki-Young Hwang),허환일(Hwanil Huh) 한국항공우주학회 2020 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2020 No.11

추진기관 노즐의 유동/열/구조해석 모델링 및 상용코드 적용 동향

황기영(Ki_Young Hwang),배지열(Ji_Yeul Bae) 한국추진공학회 2019 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.5

고온, 고압의 연소가스에 노출되는 노즐 내열재는 추진제 연소가스와 산화 반응하여 반응질량이 표면에서 소실되면서 삭마가 발생하며, 내열재 페놀 수지는 열분해 되어 숯으로 변하고 분해가스는 내열재 표면으로 방출하게 된다. 내열재의 이러한 복잡한 열반응 해석은 1960년대부터 다양한 In-house 코드로 수행하였으나 Fluent, Marc, ABAQUS 등 상용코드에 서브루틴, UDF 등을 사용자가 넣을 수 있는 추가 기능이 생기면서 근래에 상용코드의 활용 범위가 넓혀지고 있다. 본 논문에서는 상용코드로 노즐 유동, 내열재의 열반응과 구조 해석을 수행한 연구동향을 고찰하였다. The nozzle thermal liner exposed to the high-temperature and high-pressure combustion gas oxidizes the combustion gas so that the reaction mass disappears from the surface and ablation occurs. Thermal liner phenol resin is pyrolyzed and transformed into char. Decomposition gas is discharged to the outside of thermal liner. The complex thermal analysis of thermal liner has been carried out using various in-house codes since the 1960s. However, since additional functions for users to insert subroutine and UDFs into commercial codes such as Fluent, Marc, and ABAQUS have recently been developed, the commercial codes has been widely used. This paper investigated the research trends of nozzle flow, thermal reaction and structural analysis of thermal liner with commercial codes.