수치계산에 의한 2차원 초음속 노즐에서 압력비와 길이비에 따른 흐름 특성

권순덕(Soon Duk Kwon),김성초(Sungcho Kim),김정수(Jeong Soo Kim),최종욱(Jongwook Choi) 한국항공우주학회 2007 韓國航空宇宙學會誌 Vol.35 No.4

노즐 목과 출구의 면적비가 1.8인 소형 2차원 초음속 노즐에 대해서 Navier-Stokes 방정식을 수치계산으로 풀었다. 압력비와 노즐 확대부 길이를 변화시킨 경우에 대해서 해석하여 노즐 안과 출구 근처에서 충격파 구조를 살펴보았고 특히 노즐 목 근처에서 발생하는 불규칙한 압력 분포의 특성을 노즐 목 근처의 기하학적 모양에 근거해서 규명하였다. 각각 독립적으로 표준형 노즐에서 압력비를 변화시킨 경우와 압력비를 고정하고 확대부의 노즐 길이를 변화시킨 경우 사이에 서로 유사한 충격파 구조 변화가 관찰되었고 여기에서 한 개의 경사 충격파로 오인될 수 있는 서로 다른 경사 충격파에 의해 만들어지는 수직 충격파도 포착하였다. The Navier-Stokes equations are numerically solved for a two-dimensional small nozzle with the area ratio of 1.8 between the throat and the exit. The shock structures are verified inside the nozzle and near the exit varying with the pressure ratio and the length of the diverging part, respectively. Especially the irregular patterns in the pressure distribution near the throat are analyzed based on the geometric characteristics. It is found that there are similar phenomena in the shock wave structure between the pressure ratio and the length changes. Also there exists a normal shock just between two different oblique shocks crossing each other in special cases.

재순환케이싱처리 높이변화가 터보차저 압축기의 성능에 미치는 영향

Nguyen Van Hap,Zhou Tianjun,이근식(Geun Sik Lee) 대한기계학회 2015 大韓機械學會論文集B Vol.39 No.8

자동차용 터보차저 원심압축기의 재순환케이싱처리(RCT)부의 높이변화가 압축기의 성능에 미치는 영향이 조사되었다. 연구대상 RCT 부의 높이는 1.2mm, 1.5mm, 1.8mm 의 세가지이며, 회전수 범위는 90,000 - 150,000 rpm, 유량 범위는 0.015 kg/s - 0.08 kg/s 이다. 전압력비와 등엔트로피 효율 비교 결과, 본 수치계산은 실제압축기의 성능 제원과 최대오차 0.7%의 범위 내에서 잘 일치하였다. 해석결과, RCT 부 높이 1.2mm, 1.8mm, 1.5mm 순서로 균일 압력분포, 높은 압력비, 넓은 작동범위를 얻었다. 이들 세가지 경우 모두, 회전수가 증가할수록 이들의 압력비는 높아지나 운전범위는 좁아지는 전형적인 압축기 맵의 특성을 보여주었다. In this study, we investigate the performance variations of an automotive turbocharger compressor with respect to the height variation of the recirculating casing treatment (RCT). We use three RCT heights, namely 1.2 mm, 1.5 mm, and 1.8 mm. We vary the compressor speed from 90,000 to 150,000 rpm, and the flow rate from 0.015 kg/s to 0.08 kg/s. The calculation results of the total pressure ratio and isentropic efficiency showed good agreement with the performance data provided by the manufacturer within a 0.7 percent error. The results showed that the RCT heights of 1.2 mm, 1.8 mm, and 1.5 mm, in that order, exhibited a more uniform pressure distribution, higher pressure ratio, and wider operational range. As the number of revolutions per minute increased, we obtained typical characteristics of a compressor map having a narrower operational range in the region of higher pressure ratio.

Synthetic Jet 발생을 위한 유체소자 작동 특성

이지웅(Ji Ung Lee),허준영(Jun Young Heo),조민경(Mingyung Cho),정기연(Ki Yeon Jeong),성홍계(Hong Gye Sung),최현영(Hyun Young Choi) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5

Synthetic Jet 발생을 위한 유체소자 작동 특성에 대해 연구하였다. 선행연구를 통하여 형상과 작동범위를 결정하였고, 수치해석과 실험결과를 비교 및 분석하였다. 유동방향 제어가 가능한 최소의 제어유동과 주유동의 압력비를 도출하였고, 그 압력비가 다른 압력을 가진 주유동에도 적용이 되는지에 대하여 연구를 수행하였다. 주유동과 제어유동의 교차로에서의 유동특성 분석을 통해 주유동을 편향시키는 주요 파라미터를 예측하였다. The purpose of this report is to investigate the dynamic characteristics of a fluidic valve for synthetic jet. The configuration and experimental setup were figured out through the previous study. The minimum pressure ratio of control flow and main flow to control the main flow were determined, and the possibility of controling main flows with different pressures was figured out by using the same minimum pressure ratio that were already found. Through this study, an interesting result that the configuration of the control valve could be one of parameters to change the main flow was found.

고속 회전하는 RAP(Rocket Assisted Projectile)의 추력 및 유동 특성에 관한 연구

반영우(Youngwoo Ban),정현호(Hyunho Jung),박주현(Juhyeon Park),주형욱(Hyeonguk Joo),이치훈(Chihoon Lee),박용인(Yongin Park),윤종원(Jongwon Yoon) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5

고속 회전하는 로켓보조추진탄의 로켓 추진 유동특성을 수치해석적으로 연구하였다. 회전지상연소시험을 통해 연소실 내부 압력을 계측하였고 지상 조건, 작동 고도 조건, 기저부 압력 조건의 노즐압력비를 적용하여 수치해석을 수행하였다. 그리고 수치해석 결과를 등엔트로피 1차원 해와 지상회전시험 결과와 비교 하였다. 또한 동일 노즐압력비에서 유동의 회전 유/무에 따른 추력특성의 차이를 확인하였다. In this paper, a numerical study has been performed to analyze flow characteristics of rocket propulsion. Through the ground spin test, combustion chamber pressure was measured. Based on the experimental results, numerical analysis was conducted under various nozzle pressure ratio conditions such as standard, operating and base pressure conditions. And it was compared with quasi-1D solution and experimental result. In addition, the difference in thrust characteristics according to the spin/non-spin of the flow conditions was confirmed at the same nozzle pressure ratio.

분출 마하수에 따른 측추력기 주위 유동장 특성 연구

이윤우(Yoonwoo Lee),변영환(Yunghwan Byun),이종국(Jongkook Lee) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

초음속 유동하에서 측추력기 주위의 유동현상을 실험적으로 해석하였다. 건국대학교의 초음속 풍동 MAF를 사용하였으며 실험 결과는 Schlieren 가시화 장치를 이용하여 유동장 특성을 촬영하였다. 실험 조건은 자유류의 흐름이 마하수 3 이고 측추력기와 자유류의 압력비를 200으로 설정 하였다. 측추력기의 분출 마하수는 1과 3.7을 사용하였으며 작동기체는 공기를 사용 하였다. 분출 마하수에 따라 자유류가 있는 경우와 없는 경우의 유동장 특성을 확인하였다. An experimental study has been performed for investigation of the jet interaction in supersonic flow with supersonic wind tunnel MAF of Konkuk University. The experimental techniques include schlieren. Freestream Mach number 3 is designed to perform experiment and pressure ratio between freestream and side jet is 200. Side jet nozzle is designed 2 different injection mach number. The results showed that characteristic of each flow field.

가변형 터보차저(VGT)적용 HSDI 디젤 엔진의 급감속시 서지(Surge) 개선을 위한 시험적 연구

심범주(Beomjoo Shim),박경석(Kyoungsuk Park),이창학(Changhak Lee),김인태(Intae Kim) 한국자동차공학회 2009 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2009 No.11

Specific power output of modern HSDI diesel engine with common rail injection system has been increasing since it was applied to passenger car. With this market requirement and stringent emission / CO₂ regulation, Variable Geometry Turbine (VGT) is almost essential component for HSDI diesel engine replacing Waist Gate Turbine (WGT) in order to increase intake air charging capability and to decrease pumping loss. This high air charging performance of VGT, however, needs precise and prompt control to prevent compressor surge which can damage VGT itself and cause abnormal noise especially if intake throttle flap is applied to increase EGR rate or for Diesel Particulate Filter (DPF) regeneration control. This study describes Engine Management System (EMS) control strategy to prevent compressor surge during abrupt deceleration using interactive control method between VGT, EGR, intake throttle flap and fuel injection control minimizing effect on emission and vehicle dynamic performance. As indication of compressor surge during pedal-off phase, trace of intake air mass flow was evaluated under various intake throttle flap position, EGR valve opening and VGT vane position. Air mass flow of each case was evaluated by compressor characteristic map based on corrected air mass flow and compressor pressure ratio.

Supersonic Mach Disk Characteristics in a Plasma Wind Tunnel

Rajesh Kumar Chinnaraj(친나라즈라제쉬쿠마),Philyong Oh(오필용),Seongman Choi(최성만) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.5

0.4 MW 급 고 엔탈피 초음속 아크 가열 플라즈마 풍동에서 발생된 팽창 유동에 대한 기초연구를 실험적으로 완료하였다. 노즐 출구로부터의 마하 디스크의 직경과 위치는 전체 압력비가 200에서 30까지 측정되었다. 마하 디스크 직경과 위치에 대한 경험적인 상관관계는 실험결과와 매우 일치하는 결과를 얻었다. A primary investigation on the underexpanded flow generated in a 0.4 MW class high enthalpy supersonic arc-heated plasma wind tunnel is conducted experimentally. The diameter and the position of the Mach disk from the nozzle exit is measured for overall pressure ratios ranging from 200 to 30. The empirical correlations for Mach disk diameter and position are determined which show very good agreement with experimental results.

CFD 시뮬레이션 공력 성능 기법을 이용한 터보차저 휠 공력 특성이 스러스트 베어링 추력에 미치는 영향에 관한 연구

김동철(Dong Chul Kim),조인찬(In Chan Jo),권영후(Young Hoo Kwon),송명의(Myeong Eui Song),이채규(Chae Gyu Lee) 대한기계학회 2018 대한기계학회 논문집. Transactions of the KSME. C, 산업기술과 혁신 Vol.6 No.2

터보차저란 엔진 배기가스 유동 에너지로 터빈을 돌린 후, 이 회전력으로 컴프레서를 돌려서, 흡입되는 공기를 대기압 보다 높은 압력으로 밀어 넣어 엔진 성능을 극대화 시키는 장치이다. 터보차저회전 시, 컴프레서 및 터빈 휠의 공력에 의한 추력이 발생되며, 로터다이나믹 시스템의 축 방향으로 추력이 전달된다. 이때 축 방향으로 발생된 추력을 지지해주는 스러스트 베어링이 필요하게 되며 스러스트 베어링 설계를 위해 지지 가능한 추력 산출이 요구된다. CFD 해석을 이용하여, 휠의 추력을 산출하고, 컴프레서와 터빈 휠의 매칭을 통해, 베어링 추력 예측 방법을 알아보고자 한다. 본 연구를 통해 휠의 추력이 스러스트 베어링에 미치는 영향에 대하여 개발 프로세스를 정립하고자 한다. The turbocharger is a device that turns the turbine with engine exhaust gas flow energy, turns the compressor with this torque, and maximizes the performance of the engine by pushing the intake air to a pressure higher than atmospheric pressure. During turbocharger rotation, thrust is generated by the aerodynamic forces of the wheel. And thrust is transmitted in the axial direction of the rotor dynamical system. At this time, a thrust bearing supporting the thrust generated in the axial direction is required. Therefore, for the thrust bearing design, it is required to calculate the thrust force that can be supported. The CFD analysis is used to calculate the thrust of the wheel and to find out how to predict the bearing thrust through the matching of the compressor and the turbine wheel. Through this study, we investigate the effect of wheel thrust on thrust bearing and establish the development process of thrust bearing.

고도 보정을 위한 E-D 노즐의 기술 분석

최준섭(Junsub Choi),황희성(Heuiseong Hwang),허환일(Hwanil Huh) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5

E-D 노즐은 배기가스의 압력과 외부압력의 상호작용을 통해 고도를 보정하는 노즐이다. E-D 노즐과 관련하여 미국의 TRW에서 특허를 등록하였고, 호주, 영국, 독일 등에서 수치해석 및 실험적 연구가 진행 중이다. 본 논문에서는 E-D 노즐에 대한 국외 기술을 분석하였고, 이를 바탕으로 E-D 노즐 설계 및 수치해석을 수행하였다. 그 결과 노즐 압력비가 증가함에 따라 추력성능이 증가하는 것을 확인하였다. E-D nozzle is an altitude compensation nozzle through the interaction between the nozzle exhaust pressure and the atmosphere pressure. E-D nozzle patent is registered by the TRW of the United States and numerical/experimental studies is conducted by the Australia, the United Kingdom, and Germany. In this paper, the technology regarding E-D nozzle is analyzed and both the E-D nozzle design and numerical study are carried out. As a result, it is confirmed that the more nozzle pressure ratio increase, the more thrust performance increase.

캐비테이션 벤츄리의 유동 특성에 대한 실험적 연구

윤원재(Wonjae Yoon),안규복(Kyubok Ahn) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회지 Vol.19 No.4

A cavitation venturi is a device that allows a liquid flow rate to be fixed or locked independent of a downstream pressure and has been successfully used in a liquid rocket engine system which requires a stable propellant flow rate. In the present research, four cavitation venturis which have same dimensions except for converging inlet angle and diverging outlet angle, were designed and manufactured. Flow rates through each venturi and upstream/downstream pressures were measured by changing the pressures. From the experimental data, the discharge coefficients and critical pressure ratios were calculated for each venturi. It was found that the inlet and outlet angles of the cavitation venturi affected the discharge coefficient, and the outlet angle influenced on the critical pressure ratio.