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.

역해석에 의한 열전도율 및 확산율 예측

나재정(Jae Jeong Na),이정민(Jung Min Lee),강경택(Kyung Taik Kang) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5

본 논문에서는 미지의 두 열물성 값인 열전도율과 열확산율을 구하기 위하여 Levenberg-Marquardt 방법에 의한 역해석 기법을 도입하였다. 일차원 열전도 문제에 대하여 연산식을 유도하였으며, 시편에 대하여 두 지점의 온도 및 입력유동의 열유속 측정값을 적용하였다. 예측된 열전도율 및 열확산율은 알려진 그라파이트 시편에 대한 열물성 값과 비교하였으며 그 결과 본 논문에서 제시된 역해석 예측 기법 실험의 유효성이 파악되었다. The objective of this study is the estimation of the two unknown thermal conductivity and thermal diffusivity by an inverse heat conduction analysis using the Levenberg-Marguardt method. One dimensional formulation of heat conduction problem in the model was applied. Two point transient temperature of test pieces and heat flux of inflow were measured under the high enthalpy flow environment. Estimated thermal conductivity and thermal diffusivity by an inverse analysis were compared with the known values of graphite test piece. It showed the effectiveness of proposed experimental inverse analysis.

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.

Analysis on the Heating Rate of Moon Return Spacecraft

Jae Jeong Na(나재정),Jung Min Lee(이정민),Yun Ki Hong(홍윤기),Sang Ho Lee(이상호) 항공우주시스템공학회 2016 항공우주시스템공학회 학술대회 발표집 Vol.2016 No.11

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.

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.

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 연소가스에 노출되는 디퓨저의 복합 열전달량 계산

진상욱(Sangwook Jin),나재정(Jae-Jung Na),이상호(Sang-Ho Rhe),이규준(Kyu-Jun Lee),임진식(Jin-Shik Lim),김성돈(Sung-Don Kim) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11

고온의 연소가스에 노출되는 디퓨저 냉각에 필요한 열량을 계산하였다. 디퓨저 내부는 공기와 혼합된 연소가스가 흐르고 디퓨저 벽체는 채널로 구성된 공간에 물이 흐르도록 되어 있다. 디퓨저 구조물과 유체 간에 또는 유체 자체적인 열전달과 구조물 내부의 열전달 현상은 복합적인 형태로 나타나는데 고온에서 작동하는 점을 고려하여 복사, 대류, 전도 모두를 적용 하였다. 열전달량 계산은 경험식에 근거한 1차원 해석과 CFD 해석의 2가지 방법으로 수행하였다. 1차원 해석은 경험식을 통해 얻어진 결과를 적용하여 열전달량을 산출하였고, CFD 해석은 DO 복사 열전달 모델을 적용하여 계산하였으며, 계산의 타당성을 검정하기 위하여 두 방법을 비교 하였다. 총 열전달량의 차이는 1% 미만으로 거의 같았으나, 1차원 계산은 열전달 모델의 단순화로 디퓨저 입구에서의 순환영역을 구현하지 못하여 전체적인 열전달량 분포에서는 차이를 보였다. 디퓨저의 안정성을 확보하기 위한 냉각수 용량은 2가지 계산 결과를 조합하여 각 구간별로 최대 열전달량을 근거로 도출하였다. Analysis of conjugated heat transfer has been conducted for the diffuser exposed to hot combustion gas to design the mechanical durability in high temperature. All the heat transfer means, conduction, convection and radiation have been considered to calculate the total heat flux from hot gas to diffuser surface. The calculation has been implemented by two kinds of methods. One thing is one dimensional method based on empirical equations. The other is CFD(Computational Fluid Dynamics) axisymmetric calculation containing κ-ω SST(Shear Stress Transport) turbulent model and DO(Discrete Ordinate) radiation model. The derived results of two methods have compared and showed similar values. From this result, the amount of cooling water and the dimension of water cooling channel were decided.

메탄을 이용한 연소식 공기가열기 유동 해석

홍윤기(Yun Ky Hong),나재정(Jae Jeong Na),이정민(Jung Min Lee),이상호(Sang Ho Lee) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12

진공펌프 시스템을 이용한 고도모의 시험장치 설계

홍윤기(Yun Ky Hong),이정민(Jung Min Lee),나재정(Jae Jung Na),현동기(Dong Ki Hyun),김경수(Kyeong Su Kim),박상훈(Sang Hun Park) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5

본 연구에서는 루츠 펌프와 스크류 펌프를 이용한 진공 펌프 시스템을 이용해, 1 kg/s의 공기가 공급되는 시험장치에서 챔버 내의 압력을 2500 Pa로 유지할 수 있는 고도모의 시험장치를 설계하였다. 설계를 위해, 저유량의 공기 공급 조건에서, 소정의 펌프 조합을 이용해 실험을 수행하였다. 이를 통해, 1 kg/s급의 유량이 공급되는 시험장치를 위해서는 11대의 루츠 펌프와 33대의 스크류 펌프가 필요하다는 것을 확인할 수 있었다. 실험 결과를 이론 예측 결과와 비교하였다. 하지만, 이론적으로 예측한 흡입 유량은 실험 결과보다 20 %에 가깝게 많게 나왔다. 이는 조합 실험시, 루츠 펌프 전후단에 걸리는 차압이 높아서 발생한 것으로 여겨진다. 따라서 앞에서 제시한 것보다 더 많은 스크류 펌프를 설치할 경우, 보다 높은 진공도를 가지는 시스템의 구축이 가능해질 것으로 판단된다. In this research, a high altitude simulating test facility is designed using vacuum pump system composed of roots pumps and screw pumps. Air flow rate and chamber pressure are 1 kg/s and 2500 Pa, respectively. To design the test facility, experimental tests using certain pump combinations are performed for air injection of the order of hundreds of g/s . From the tests, it is found that 11 roots pumps and 33 screw pumps are required for the considered test facility. Test results are compared with theoretically estimated values. However, intake capacity theoretically estimated is found to be 20 percent larger than test results. This is thought because of higher pressure difference of roots pump for test conditions. Therefore, if more screw pumps are added for the considered pump system, it would be possible to lower the vacuum level of test chamber.