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초임계 상태에서의 LOx 스월 인젝터에 대한 동적 수치 모델링
김국진(Kuk-Jin Kim),허준영(Jun-Young Heo),김종찬(Jong-Chan Kim),성홍계(Hong-Gye Sung) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11
고압 조건에서 작동하는 고성능 액체 로켓 엔진에 대한 이해를 위해 초임계 조건의 스월 인젝터에서 액체 산소의 동적 특성이 수치적으로 연구되었다. 난류 수치 모델은 large eddy simulation을 기반으로 하였으며 보존 방정식과 SRK 상태 방정식, Chung의 기법을 포함하고 있다. 또한 수렴 속도의 증가를 위해 예조건화 기법이 적용되었다. 수치 해석 결과는 이상 기체 상태 방정식을 적용한 결과와 비교 되었으며 인젝터 내부와 연소실에서 액상이 존재하는 영역에서의 상태량과 동적 특성의 차이가 관찰되었다. For understanding of high performance liquid rocket engine operating at high pressure, dynamic characteristics of liquid oxygen in a swirl injector operating at supercritical conditions has been numerically investigated. Turbulent numerical model is based on large eddy simulation and contains full conservation laws including Soave modification of Redlich-Kwong equation of state and Chung"s model. Preconditioning method is applied to get an effective convergence rate. Numerical analysis results are compared with the one that ideal equation of state applied to. Differences of thermodynamic properties and mixing dynamics are investigated at liquid phase area inside injector and combustion chamber.
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초임계 정상 화염편 모델을 이용한 케로신/기체산소 동축 전단분사기의 끝단 두께에 따른 혼합 및 연소 특성
허준영(Junyoung Heo),강정석(Jeongseok Kang),성홍계(Hong-Gye Sung) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12
고압 환경에서 작동하는 케로신/기체산소 전단 동축 분사기의 끝단 두께가 혼합 및 연소 특성에 미치는 영향을 수치적으로 연구하였다. 난류모델은 LES를 기반으로 하였고, 실기체 상태량을 계산하기위해 RK-PR 상태 방정식을 적용하였다. 초임계 화염구조해석을 위하여 초임계 물성치 식을 적용하였으며, 케로신/기체산소 화염구조해석을 통해 실기체 정상 화염편 모델(steady flamelet model)에 적용하였다. 끝단 두께에 따른 비반응/반응계산의 혼합면에 발생되는 와류발생과 연소 특성을 비교하였다. 끝단 두께가 두꺼워짐에 따라 와류가 끝단면 길이보다 작게 형성이 되며 이로 인하여 불균일한 온도분포가 형성되었다. 하지만 scalar dissipation rate의 분포경향과 크기는 유사하였다. The effect of the splitter thickness of a kerosene/gaseous oxygen shear-coaxial injector under supercritical condition is numerically investigated in order to analyze the mixing and combustion characteristics. Turbulent numerical model is based on large eddy simulation with Redlich-Kwong-Peng-Robinson equation of state to calculate real-fluid properties. A combustion model is applied to the real-fluid steady flamelet model which is based on kerosene/gaseous oxygen flame structure results. The vortex generation and combustion characteristics on the mixing layer are compared the reacting with non-reacting result according to the tip thickness. As the tip thickness increases, the temperature distribution is in non-uniform due to the vortex size. However, a tendency of the scalar dissipation rate is similar to each other.
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이명성(Myungsung Lee),허남건(Nahmkeon Hur) 대한설비공학회 2010 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2010 No.6
A three-dimensional and transient propagation of wildland fire was simulated by using a physical based model. The physics based model can solve the equations governing fluid dynamics, combustion, and all modes of heat transfer such as conduction, convection, and radiation. The aim of the present study is to show a possibility of wildfire prediction on the complex large scale terrain by using the physics based model. In this study a detailed terrain on Gaya mountain was modeled including Haeinsa temple. For wildfire simulation over 65 million cells was discretized in the computational domain, and the numerical analysis was successfully performed with parallel computation. The effects of the complex terrain and weather condition like wind speed on the wildfire behavior were also investigated. The result of the present study could be applied to wildfire protection approaching cultural heritages amongst the forest.
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LES모델을 이용한 희박 예혼합 연소기에서 NOx 배기특성에 관한 연구
유재현(Jae Hyun Yu),김규보(Gyu Bo Kim),장영준(Young June Chang),전충환(Chung Hwan Jeon),송주헌(Ju Hun Song) 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.5
A lean premixed combustor had been simulated using commercial code, STAR-CD. The combustor is simplified where about 650 thousand cells were formed. Instead of changing the number of inlet nozzles from six to one, the same flow rate and velocity are maintained. As well as experimental methods, simulation is very crucial for the analysis of flow fields. Inlet and boundary conditions of the simulation are similar to real on the base of operating conditions of power plant. The result simulated with LES model is compared with that of κ-ε model. Velocity and temperature obtained by the two models along the downstream of the combustor are compared. Nitrogen dioxides, carbon monoxide have been calculated with varying equivalence ratio, inlet air temperatures and initial pressures with total 27 cases. Swirl number 0.78 is applied. The result shows that NOx emissions increased as equivalent ratio, inlet air temperature and initial pressure increased respectively. The region with higher NOx concentration region corresponds with the region over 1900K indicating the dominance of thermal NOx mechanism.
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임의 형상 구조물 주위 유동의 직교 격자계 기반 해석 기술 개발
이승수,양경수,황종연 한국풍공학회 2004 한국풍공학회지 Vol.8 No.1
Development of geometry-independent computational codes for simulation of 2D flows around objects of complex geometry is presented. Referred as immersed boundary method, it introduces virtual forcing to governing equations to represent the effect of physical boundaries. The present method is based on a finite-volume approach on a staggered grid with a fractional-step method to solve Navier-Stokes equation and continuity equation. Both momentum and mass forcings are introduced on and inside the object to satisfy no-slip condition and mass conservation. Since Cartesian grid lines in general do not coincide with the immersed boundaries, several interpolation schemes are employed. An user-friendly preprocessor was developed with GUI and several examples are simulated using the method presented in this study and the results agree well with other results. 복잡한 형상을 갖는 물체 주위의 2차원 유동장 해석을 위해 물체 형상에 무관하게 해석을 수행할 수 있는 전산 해석 기술 개발을 다루었다. 가상경계법으로 알려진 방법을 이용하여 물체의 경계면 효과를 지배방정식에 운동량과 질량의 가중치를 고려함으로써 점착조건을 만족시켰으며, 유한체적법을 이용한 해석 프로그램을 개발하였다. 직교 격자계를 이용하여 수치해석의 정밀도와 효율성을 높이며, 물체면과 격자선의 차이는 내삽법을 이용한 가중치의 조절로 해결하였다. 사용성을 위해 GUI에 의한 전처리 과정을 개발하였으며, 예제 계산을 통하여 해석 과정을 검증하였다.
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한라산 주변에 발생하는 Karman Vortex Street 재현
권지혁(Kwon Ji-hyuk·Lee),이연원(Lee Yeon-won),김영덕(Kim Young-duk),박광열(Park Kwang-yul) 한국풍공학회 2006 한국풍공학회지 Vol.10 No.1
늦가을과 초본 사이 제주도 후면에 Karman vortex street가 발생한다. 이러한 vortex가 발생하기 위해서는 기온 역전층과 5 ~ 13 m/s의 지속적인 바람이 필요하다는 것을 밝히기 위한 많은 연구들이 있었다. 이러한 vortex clouds는 발생 후 주 풍향의 방향을 이동하게 된다. Karman vortex street는 기상학에서 매우 흥미로운 주제이다. 본 연구에서는 LES 난류 모델을 이용하여 Karman vortex street에 관한 해석을 수행하고 수치해석을 통해 얻은 결과와 기상 데이터가 일치함을 보였다. From late autumn to the beginning of the spring, the phenomena of the Karman vortex street have been frequently observed in the wake of Mt. Halla in the Jeju island. Some researches revealed that the necessary conditions for development of these vortex clouds are a strong low-level inversion of temperature and a persistent wind speed of 5 to 13m/s. After the cloud is formed, the vortex clouds are shed from alternating sides of Jeju island and then move downwind with main airflow stream. The Karman vortex street in the wake of the Jeju island was one of the interesting topics in meteorology. In this study, CFD using LES turbulence model was developed to investigate the Karman vortex street and the results of CFD showed a good agreement with weather data.
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