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액체탄화수소의 초임계 천이과정에 대한 거시적 특성 분석
신봉철(Bongchul Shin),김도헌(Dohun Kim),손민(Min Son),이건웅(Keunwoong Lee),송우석(Wooseok Song),구자예(Jaye Koo),권오채(Oh Chae Kwon) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회지 Vol.20 No.4
In order to analyze supercritical transition of liquid hydrocarbon fuel which used propulsion engine, visualization of phase changing using Methylcyclohexane (MCH) was performed. Also, measurements of temperature and pressure were conducted to obtain saturation lines of MCH and Decane. delayed increase of the pressure existed near the critical point due to dramatical increase of specific heats and the critical opalescence was only observed from the end point of delaying to the critical point. Beyond the critical point, the boundary between phases disappeared and the strong density gradient was observed. As the comparison between experimental and numerical saturation lines, the numerical estimation for mixture had relatively little difference while the results of pure components had almost coincidence.
신봉철(Bongchul Shin),김도헌(Dohun Kim),손민(Min Son),송우석(Wooseok Song),구자예(Jaye Koo) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11
액체로켓엔진에 사용되는 탄화수소계열 연료의 초임계 물성치 및 상변화 연구를 위해 고온, 고압에서 탄화수소계열 유체를 가시화 할 수 있는 초임계 가시화 장치를 설계 및 제작하였다. 고온, 고압상태를 장기간 유지할 수 있는 가시화챔버를 설계하였으며 안정적 실험을 위한 실험 절차를 확립하였다. 다수의 실험에서 도출된 실험장치의 문제점을 보완하였으며, 누설 확인을 위하여 질소가압 테스트와 수압 테스트를 한 후 예비실험을 진행하였다. 초임계 유체의 가시화를 위한 예비실험에서는 열역학적 물성치가 공개된 탄화수소계열 단일 화합물인 메틸사이클로헥산을 사용하였다. 최종적으로 메틸사이클로헥산의 임계점 이상인 301 ℃, 34.9 bar의 실험조건에 도달하였으며, 초임계 상태 메틸사이클로헥산의 가시화 이미지를 획득하였다. Experimental apparatus was designed and manufactured to visualize hydrocarbon fuels under high temperature and pressure which are used in a liquid rocket engine. The visualization chamber was well designed to maintain high temperature and pressure and experimental sequence was established to test safely. Many problems were overcame through lots of heating tests and pressurization tests were also conducted using nitrogen and water. As single hydrocarbon component, methylcyclohexan whose thermodynamic properties were confidently proofed about supercritical fluid visualization. As a result, temperature and pressure of the chamber increased up to 301 ℃ and 34.9 bar over the critical point. Additionally, fluid images under subcritical, transient and supercritical condition were obtained.
축소형 액체로켓엔진에서 기체산소/케로신 및 기체아산화질소/에탄올 연소 분무의 비교
최송이(Songyi Choi),신봉철(Bongchul Shin),이건웅(Keonwoong Lee),김도헌(Dohun Kim),구자예(Jaye Koo),박동근(Dong-Kun Park) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회지 Vol.19 No.4
Reactive sprays of two propellant combinations(GOx/kerosene and GN₂O/ethanol) were observed and compared with each other as a basic research of visualizing supercritical combustion. A shadowgraph imaging method was used to visualize the reactive sprays, and shadowgraph images were converted to density gradient magnitude images to analyse the structure of reactive sprays. The gas-liquid interface of GOx/kerosene spray showed rougher boundary and steeper density gradient near the injector face than the N₂O/ethanol at similar combustion chamber pressure. Spray core length was calculated from averaged density gradient magnitude images and it was revealed that spray core length of GOx/kerosene was shorter than that of GN₂O/ethanol, although momentum flux ratio of GOx/kerosene propellant combination was lower.
축소형 액체로켓엔진에서 기체산소/케로신 정상상태 연소 분무의 가시화
최송이(Songyi Choi),신봉철(Bongchul Shin),이건웅(Keonwoong Lee),김도헌(Dohun Kim),구자예(Jaye Koo) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5
축소형 액체 로켓 엔진에서 기체산소/케로신, 기체아산화질소/에탄올 추진제 조합의 정상상태 연소의 분무를 관찰하고 비교하였다. 분무의 가시화에는 shadowgraph 기법을 사용하였으며 실험결과를 분석하기 위해 shadowgraph를 후처리하여 밀도구배강도 이미지를 사용하였다. 정상상태 연소압력이 동일한 조건에서 기체산소/케로신 추진제의 액체 제트 표면의 굴곡이 심하고 분사기 팁 근처에서 급격한 밀도구배를 보이는 것이 관찰되었다. 밀도구배강도의 평균 이미지에서 분무 중심 길이를 도출하였으며 더 낮은 운동량 플럭스비 조건에서도 기체산소/케로신의 분무 중심 길이가 더 짧은 것으로 나타났다. The reactive sprays of two propellant combinations ―GOX/Kerosene and GN₂O/Ethanol― were observed and compared with each other. Shadowgraph method was used to visualize the reactive sprays and converted to density gradient magnitude images to analyse the structure of reactive sprays. The gas-liquid interface of GOX/Kerosene spray showed rougher boundary and steeper density gradient near the injector face than the N₂O/Ethanol at the similar combustion chamber pressure. Spray core length was calculated from averaged density gradient magnitude images and it was reveald that spray core length of GOX/Kerosene was shorter than that of GN₂O/Ethanol, although momentum flux ratio of GOX/Kerosene propellant combination was lower.
근임계 환경으로 분사되는 제트의 임계점이 상변화에 미치는 영향
윤태경(Taekyung Yoon),신동수(Dongsoo Shin),손민(Min Son),신봉철(Bongchul Shin),구자예(Jaye Koo) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5
본 실험에서는 추진기관 연료의 주 성분으로 사용되는 액체 탄화수소 화합물의 초임계 분사 거동 특성을 분석하기 위해서 고속카메라 이미지를 활용한 실험을 수행하였다. 케로신의 구성성분 중 임계점의 차이가 있는 Decane과 Methylcyclohexane (MCH)를 실험 유체로 선정하였으며, 분석을 위해 Shadowgraphy 기법을 사용하였다. 제트 분사 시 임계온도 조건 하에서 각 유체의 환산압력에 따라 케이스를 나누었다. 아임계 조건의 동일한 인젝터 초기상태에서 기화가 발생하기까지 온도변화량의 차이에 따라 Decane과 MCH는 서로 다른 거동을 보였다. 하지만 초임계 조건에서는 같은 온도변화량이 필요하더라도 임계점 부근에서는 증발엔탈피가 0에 가까워져 기화과정이 아닌 초임계 유체로의 상변화가 일어나고 급격한 밀도변화가 없어 Decane과 MCH 모두 원기둥 형상의 액주가 관측되었다. In this paper, high speed camera images were used to analyze the supercritical injection behavior of liquid hydrocarbon compounds used as main components of propellant fuel. Decane and Methylcyclohexane (MCH), which have different critical points among kerosene constituents, were selected as experimental fluid and Shadowgraphy technique was used for the analysis. The difference in the temperature variation from the initial injector state of the subcritical condition until the vaporization occurs was represented by the different behaviors of Decane and MCH. However, under the Supercritical conditions, the enthalpy of vaporization near the critical point approaches zero and the phase change to the Supercritical phase occurs instead of vaporization process. In the phase change of the Supercritical system, there was no rapid density change, so the liquid state image was observed in both the Decane and MCH.