Determination of Stagnation Point Parameters in the Non-equilibrium Shock Flow

Na Jae Jeong(나재정) 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.4

비평형 충격파 유동 내에서의 정체점 변수 결정을 위하여 충격파 후단 유동 계산을 수행하였다. 자유유동 계산에는 200 ㎾ 아크 플라즈마 시험 데이터 및 성능 특성을 적용하였다. 이원온도 충격파간 계산을 통해 정체점에서의 엔탈피, 압력, 몰분율 및 열전달율을 결정하였으며, 엔탈피 계산결과를 Fay-Riddell 및 Goulard 값과 비교하였다. 계산 결과 엔탈피 값은 10.55 MJ/㎏ 으로 Fay-Riddell 및 Goulard 값에 대해 각각 1.3 % 및 0.5 % 작은 값을 보였다. 평형 열전달율 및 온도는 각각 417.7W/㎠ 과 3,018 K 로 계산되었으며, 산소 해리도는 70 %로 계산되었다. In order to determine the stagnation point parameters in the non-equilibrium shock flow, theoretical calculation is performed for the flow behind the detached shock wave. The experimental data of the 200 KW arc plasma device are taken and the operating characteristics, derived from these data, are applied for obtaining the free-stream condition. Using the two-temperature shock layer model, the values of enthalpy, pressure, species mol fraction, and heat transfer rate at the stagnation point are determined. The calculated stagnation point enthalpy is compared with the values of Fay-Riddell and Goulard. The result shows that the stagnation point enthalpy of 10.55 MJ/kg are 1.3 % smaller than Fay-Riddell and 0.5 % smaller than Goulard, respectively. The equilibrium heat transfer rate is calculated to be 471.7 W/㎠ with the corresponding temperature of 3,018 K. Degree of dissociation for oxygen is calculated to be 70 %.

고온 공기가열기에서의 NO 오염도 분석

나재정(Jae Jeong Na),이정민(Jung Min Lee),이상호(Sang Ho Lee) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11

초고속 공기흡입엔진 시험장치에서 시험부 유동조건을 결정하기 위해서는 가열기와 노즐 유동의 열역학적 조건을 정확히 알아야만 한다. 이러한 이유로 고온 공기 가열기와 노즐 유동장에 대하여 일차원 비점성 유동을 가정한 비평형 유동장 계산을 수행하였다. 계산 결과 연소 지연이나 중단 현상에 영향을 주는 오염원으로써 NO 성분의 존재를 확인할 수 있었다. In order to determine the condition of free stream into the test section for a high speed aerothermodynamic engine test facility, the thermodynamic conditions of flow produced by the heater and nozzle have to be completely understood. For this reason, Non-equilibrium calculation were made of the flow processes in the high temperature air heater and nozzle assuming the inviscid and one dimensional flow. The overall results of this study showed the presence of NO, which species could yield the combustion delay or no reaction, as a contaminant.

비평형 고엔탈피 유동에서의 NOx 조성 예측

나재정(Na, Jae Jeong),이정민(Lee, Jeong Min),현동기(Hyun, Don Ki),박상훈(Park, Sang Hoon) 한국추진공학회 2019 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.5

CH<SUB>4</SUB>-O<SUB>2</SUB> Vitiated 공기가열기에서의 오염도 분석

나재정(Jae Jeong Na),이정민(Jung Min Lee),임진식(Jin Shik Lim) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11

CH4-O2 vitiated 공기가열기에서의 유동 오염도 분석을 위해 가열기 및 노즐 영역에 대한 평형 및 평형 유동장 계산을 수행하였다. 유동장은 일차원 비점성 유동으로 가정하였으며 계산 결과는 측정값과 비교하였다. 연구결과 연소 지연이나 중단 현상에 영향을 주는 오염원으로써 NO 성분의 존재를 파악하기 위해서는 비평형 유동장 계산이 고려되어야 함을 알 수 있었다. This study was conducted to explore the flow contamination in the CH4-O2 vitiated air heater. Non-equilibrium and equilibrium calculation were made of the flow processes in the heater and nozzle assuming the inviscid and one dimensional flow. The results were compared with the measurement data. The overall results of this study showed additional non-equilibrium calculation should be considered to assess the presence of NO, which species could yield the combustion delay or no reaction, as a contaminant.

비평형 아크제트 유동해석

나재정(Jae Jeong Na),이정민(Jung Min Lee),권민찬(Min Chan Kwon),황기영(Ki Young Hwang) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.5

아크제트 시험부 유동조건을 결정하기 위하여서는 노즐의 열역학적 유동조건을 알고 있어야 한다. 이를 위해 비점성 일차원으로 가정하여 노즐 유동을 계산하였다. 노즐의 비평형 영역에서 이원온도 모델을 사용하였다. 화학적 모델은 공기에 대한 5개의 조성, 진동이완 현상, 그리고 12개의 화학반응을 고려하였다. 유동장 계산을 위하여 정상상태 보존식과 화학적 조성의 질량 변화율에 대한 해를 구하였으며, 진동온도 계산에 Laundau-Teller 식을 적용하였다. 계산결과 대표적 작동조건에서 노즐의 비평형 영역의 유동 변수, 화학적 조성, 및 해리도를 예측 제시할 수 있었다. In order to determine the condition of free stream into the test section for an arc-jet, the thermodynamic conditions of flow produced by the nozzle have to be completely understood. For this reason, an approximate calculation was made for the flow in the nozzle by assuming the inviscid and one-dimensional. Hence, the nonequilibrium region of nozzle is calculated using the two-temperature model. A chemistry model including 5 chemical species of air, vibrational relaxation, and 12 chemical reactions are used. For the flow calculation, a steady-state conservation equations and the rate of change of species mass fraction are solved. Laundau-Teller type equation is used to calculate vibrational temperature. As a result, nonequilibrium nozzle flow parameter, species concentrations, and degree of dissociation for a typical operating condition were predicted successfully by the present calculation method.

아크제트 정체점 유동해석

나재정(Jae Jeong Na),현동기(Dong Ki Hyun),정수호(Su Ho Jeong) 한국추진공학회 2020 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.11

스크램제트 Semi-freejet 시험장치 연구

나재정(Na, Jae Jeong),김정우(Kim, Jeong Woo),신재익(Shin, Jae Ik),김명완(Kim, Meong Wan),현동기(Hyun, Don Ki),정수호(Jeong, Su Ho) 한국추진공학회 2019 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.11

150㎾ 아크제트 유동의 엔탈피 결정

나재정(Jae Jeong Na),이정민(Jeong Min Lee) 한국항공우주학회 2013 韓國航空宇宙學會誌 Vol.41 No.7

아크제트 유동에서 질량평균 및 중심영역 엔탈피 값을 실험적으로 구하였다. 실험에 사용된 아크제트는 150㎾ 휼스형으로 가스터빈 엔진 분출냉각 기술 연구를 위한 실험조건을 적용하였다. 질량평균 엔탈피 값은 5.5MJ/㎏로 음속목유동 방법을 적용하여 구하였다. 중심영역 엔탈피 값은 14.3MJ/㎏으로 열전달 방법을 적용하여 구하였다. 실험결과 아크제트 유동에서 중심영역 대비 질량평균 엔탈피 값의 비는 2.6으로 나타났다. Mass averaged and core enthalpy in the arc jet flow are obtained experimentally. The experiment is made for the 150㎾ Huels type arc-jet applying the test condition for the research of gasturbine engine injection cooling technique. The mass averaged enthalpy value determined by the sonic throat method is 5.5MJ/㎏. The core enthalpy value determined by the heat transfer rate method is 14.3MJ/㎏. Based on result of experiment, the ratio of the core to mass averaged enthalpies is 2.6.

400㎾ 플라즈마 가열기 열전달 해석

나재정(Jae Jeong Na),이정민(Jung Min Lee),현동기(Dong Ki Hyun),박상훈(Sang Hun Park) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

본 논문은 400㎾ 플라즈마 가열기 열전달 성능해석을 내용으로 한다. 성능해석을 위해 먼저 입력 전력, 전극 냉각손실, 작동기체 유량, 그리고 가열기 내부압력을 측정하고 열평형 및 음속 목 유동해석방법을 적용하여 질량평균 엔탈피 값을 결정하였다. 아크 가열기 내부 압력과 질량평균 엔탈피값으로부터 노즐 유동특성과 처리대상물의 정체점에 대한 열화학적 비평형 열전달 해석을 수행하였다. 해석 결과로 400㎾ 아크 플라즈마 가열기의 엔탈피 및 열전달율을 제시하였다. 계산결과 엔탈피값은 13.1MJ/㎏, 정체점에서의 최대 온도는 2,700K으로 예측 되었으며 열전달율은 300W/㎠로 예측 되었다. In this work, we introduce a heat transfer analysis on the 400㎾ plasma torch. From the measured values of electrical power input, heat discharged into cooling water, gas flow rate, and settling chamber pressure, average enthalpy was determined using the heat balance and sonic throat methods. Using the settling chamber pressure and average enthalpy values, the flow properties in the nozzle and the heat transfer rate to the stagnation point are calculated accounting for thermochemical nonequilibrium. The enthalpy and heat transfer rate are presented. Based on the results of calculation, enthalpy is 13.1MJ/㎏, stagnation point temperature is 2,700K, and the heat transfer rate is predicted to be 300W/㎠.

고온 시험장치에서의 엔탈피 결정

나재정(Na Jae Jeong),이정민(Lee Jung Min),강경택(Kang Kyung Taik) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11

공기흡입 엔진 부품의 고온 분출냉각 시험장치에서의 엔탈피값을 구하기 위하여, 시험부 유동에 대한 이론적 계산 및 측정을 수행하였다. 열평형 및 음속유동 방법에 의해 계산된 질량평균 엔탈피 값은 10 MJ/kg 이며, 슬러그형 구리 열량계를 사용하여 측정된 유동 중심에서의 엔탈피 값은 15MJ/kg이었다. 일반적으로, 유동 중심 대 질량평균 엔탈피 비의 범위는 1.4에서 4이다. 본 시험장치는 고온 분출냉각 시험에 효과적인 낮은 엔탈피 구배를 갖는 것으로 나타났다. In order to determine the enthalpy profile in the high temperature transpiration cooling test facility for the air-breating engine compartments, theoretical calculation and measurement for the flow of the test section are performed. The mass averaged enthalpy value determined by the heat balance and sonic throat methods is 10 MJ/kg. The centerline enthalpy value measured using the slug type copper calorimeter is 15 MJ/kg. Typically, the ratio of centerline and mass averaged enthalpy should be varies from 1.4 to 4. This facility has lower bound of enthalpy profile. It will be effective in testing of high temperature transpiration cooling.