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- 저자 : 배지열(Ji-Yeul Bae) (검색결과 59 건)
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일차원 내열재 열분해식과 CFD통합을 통한 노즐 열해석
배지열(Ji-Yeul Bae),이연주(Yeonjoo Lee),배형모(HyungMo Bae),함희철(Heecheol Ham),조형희(Hyung Hee Cho) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11
페놀릭 수지가 첨가되어 열분해 반응이 일어나는 내열재 카본/페놀 내열재가 적용된 노즐을 해석하기 위해 일차원 내열재 열분해식과 CFD 유동장을 통합해석하는 기법을 연구하였다. 일차원 내열재 열분해식은 전도로만 발생하는 고체 내의 화학반응의 특성을 고려하여 아레니우스 식을 이용한 화학반응율과 화학반응으로 발생한 가스가 숯층으로 통과하는 것을 고려하였다. 그리고 이차원 축대칭으로 이루어지는 CFD 해석에 일차원 열분해식을 통합하기 위하여 내열재의 체적을 표면에 할당하기 위한 고체체적 분류기법을 적용하였다. 노즐에 대한 검증결과로 내열재 내의 각 체적이 표면에 잘 할당됨을 확인하였으며 일차원 내열재 열분해식이 문제없이 적용됨을 확인하였다. Conjugate method to simulate carbon/phenolic thermal protection material including thermal decomposition of material is developed in this research. Developed method uses CFD solver in conjunction with 1-dimensional thermal decomposition program written in User Defined Function of Ansys Fluent. The thermal decomposition program embedded includes Arrhenius expression of thermal decomposition and thermal effect of decomposition gas inside material. Major consideration is made to extend 1-dimensional thermal decomposition program to incorporate 2-dimensional axisymmetric nozzle geometry where CFD simulation is being carried out. Solid volume categorizing method is developed in this research successfully assigned 2-dimensional solid volume into 1-dimensional algebraic equation.
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배지열(Ji-Yeul Bae),박슬기(Sulki Park),김태환(Taehwan Kim),송지운(Jiwoon Song),함희철(Heecheol Ham),배주찬(Ju Chan Bae),조형희(Hyung Hee Cho) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11
로켓 설계에서 내열 설계는 공력 설계와 더불어 매우 중요하다. 내열 설계에 있어 노즐 표면에 임무 시간동안 노즐형상을 유지할 수 있는 내열재를 추가하게 되는데 이때 내열재의 추가는 시스템 중량을 상승시켜 성능 하락을 유발할 수 있다. 따라서 내열재를 적절하게 설계해 노즐에 적용하는 것이 중요한데 이를 위해서 내열재의 정확한 물성을 아는 것이 매우 중요하다. 이때 가장 중요한 물성이 열분해율을 결정하는 열반응상수와 활성화에너지이다. 따라서 본 연구에서는 탄소/페놀릭 내열재의 열반응상수를 측정하는 실험을 진행하였다. 아음속에서 소형 모터를 이용해 실험한 온도 분포로 열반응상수를 역으로 도출하였고 이는 선행 문헌의 결과와 유사하였다. In rocket design process, thermal design is one of the most important aspect. In order to protect nozzle, adequate amount of heat protection material is added to nozzle for required mission time. However adding heat protection material increase the system weight and reduce overall performance. Therefore optimization of heat protection material is important and it requires accurate properties of heat protection material. Among the properties of materials, kinetic constant and activation energy that govern decomposition process are the most important. Thus kinetic constant measurement is done with small test motor experiment in subsonic region.
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유한요소해석을 통한 쿼츠/페놀릭 5매 주자직 재료의 비등방 열전도도 평가
배형모(Hyung Mo Bae),배지열(Ji-Yeul Bae),배주찬(Ju Chan Bae),조형희(Hyung Hee Cho) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5
섬유 복합재는 열전도도가 서로 다른 섬유와 충전제로 구성되어 있고, 이에 의해 비등방 열전도도를 지닌다. 비등방 열전도도는 소재의 설계에 있어 중요한 물리적인 특성으로, 수치해석을 통한 비등방 열전도도의 예측이 필요하다. 본 연구는 비등방 열전도도를 예측하는 해석기법을 확립하고, 기존에 공개되어있지 않은 쿼츠/페놀릭 5매 주자직의 열전도도를 도출하였다. 해석기법을 확립하기 위해 공개되어 있는 탄소/에폭시 평직 복합재의 열전도도의 실험값과 유한요소해석 결과와의 비교 검증을 수행하였고 유한요소해석 결과는 실험결과가 잘 일치함을 확인하였다. 검증된 유한요소해석 기법을 이용하여 실제 레이돔 제작에 사용되는 쿼츠/페놀릭 5매 주자직의 비등방 열전도도를 예측하였고, 섬유체적비가 복합재의 면외 방향 열전도도에 미치는 영향을 평가하였다. Fiber composites are composed of fiber and matrix, and it causes orthogonal thermal conductivity of materials. Evaluation of orthogonal thermal conductivity is important research with respect to thermal design of materials. The purpose of this study is to establish finite element method to expect orthogonal conductivity of fiber composite and to evaluate orthogonal conductivity of quartz/phenolic 5 harness satin. Validation between results of this study and results of precedent experiment is carried out, and the results have good agreement. Orthogonal conductivity of quartz/phenolic 5 harness satin is obtained and the effect of volume fraction of fiber is studied.
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공력가열되는 물체의 비정상 열응답 예측을 위한 해석기법 연구
배형모(Hyung Mo Bae),배지열(Ji-Yeul Bae),이연주(Yeonjoo Lee),함희철(HeeChul Ham),조형희(Hyung Hee Cho) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11
초음속 혹은 극초음속 환경의 비행체는 공력가열 문제로 인하여 이를 대비한 열설계가 필수적이다. 열설계 시 CFD를 이용한 비정상 열응답 해석을 통해 비행체 표면에서 발생한 공력가열로 인해 침투된 열을 예측할 수 있다. 비정상 열응답 해석을 완전 비정상적 해석을 이용하여 수행할 경우 과도한 계산시간 요구되므로 일반적으로 초음속 혹은 극초음속 환경에서의 비정상 열응답 해석은 연성 연계 해석을 이용한다. 그러나 연성 연계 해석시 해석 구간의 기준이 되는 시간 전진폭을 결정하는 알고리즘은 현재 확립되어 있지 않는 상황이다. 따라서 본 연구는 무딘 물체의 정체점에서의 열유속을 이용하여 시간 전진 폭을 결정하는 방법을 고안하였다. 결정된 시간 전진 폭으로 준 비정상적 해석을 진행하였다. 완전 비정상 해석과 준 비정상 해석으로 해석 하였을 때 침투된 열의 양을 비교하였을 때 5 % 미만의 차이가 발생하는 것을 확인하였다. Aerodynamic heating problem is the major problem in hypersonic space shuttle. The Thermal response analysis using CFD is widely studied to predict heat which comes from harsh aerodynamic heating. Loosely coupled method is generally used for predicting thermal response considering computing power. Time step size has decisive effects on accuracy of numerical analysis in loosely coupled method, however there is no exact algorithm to determine time step size. The research suggests the method to determine time step size using heat flux at stagnation point. The difference between data from full-transient analysis and quasi-transient analysis using determined time step size is less than 5 %.
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이차분사노즐 작동 조건 변화에 따른 SITVC 성능해석
배지열(Ji-Yeul Bae),송지운(Jiwoon Song),김태환(Taehwan Kim),조형희(Hyung Hee Cho),배주찬(Ju Chan Bae) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11
SITVC 시스템의 이차분사 노즐 분사 조건 변화에 따른 시스템 성능 변화를 수치적으로 연구하였다. 해석에 사용된 형상은 3차원 종형 수축-팽창 노즐이고 측면에 8개의 이차분사 노즐을 가진다. 노즐 내부 유동은 전압이 70bar이며 300K의 cold flow로 가정하였다. 이차 유동의 유량 변화와 노즐 작동 조건 변화를 고려하였다. 상용코드인 Ansys Fluent v.13을 통해 해석하였고, 난류모델은 Spalart-Allmaras model(1- equation)를 사용하였다. 충격파의 수치적 진동을 막고 충격파의 불연속성을 잘 해석하기 위해 AUSM+ scheme을 사용하였다. Axial thrust, side force, system specific impulse ratio 와 같은 성능 변수를 사용해 시스템 성능을 평가하였다. Performance of Secondary Injection Thrust Vector Control system is investigated under various secondary injection operating conditions. 3-dimensional converging-diverging nozzle having 8 secondary injection nozzles is used in this numerical study. Total pressure of flow inside the nozzle is about 70bars, and total temperature set to 300K for cold flow simulation. Effect of secondary injection flow rate and injection nozzle configuration is considered in this research. Simulation is conducted with commercial CFD code Ansys Fluent v13. Spalart-Allmaras(1-equation)model is used for turbulence modeling with AUSM+ scheme. Various performance factors as Axial thrust, side force, system specific impulse ratio are considered and explained for system performance evaluation.
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배지열(Ji-Yeul Bae),함희철(Heechoel Ham),황기영(Ki-Young Hwang),조형희(Hyung Hee Cho) 한국추진공학회 2019 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.11
고체로켓 노즐에 적용되는 내열재는 연소가스에 의해 탄화되는 열분해현상과 표면이 깎여나가는 삭마현상에 노출된다. 노즐 유동은 이러한 내열재의 삭마의 주된 원인임과 동시에 내열재의 형상변화에 영향을 받는다. 본 연구에서는 노즐 유동의 해석기법에 따라 내열재의 삭마 및 열반응 예측에 어떤 영향이 있는지 확인했다. 해석결과 노즐 유동을 CFD로 도출했을 때 2차원 유동 회전이 일어나는 구간과 이종 소재가 적용되어 단차가 생기는 부분에서 해석 정확도가 향상됨을 확인하였다. An ablative material in a rocket nozzle undergoes a loss in density due to a thermal decomposition and a change in surface due to an ablation. As being a major contributor of the material ablation, a nozzle flow is also affected by the ablative material due to a change of the nozzle contour. In this research, an effect of a prediction method for the nozzle flow on the ablation and the thermal response of an ablative material is investigated. The result showed that the prediction is improved, especially in the area where a 2-D flow turning occurs or a gap between two different material exists.
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배지열(Ji-Yeul Bae),황기영(Ki-Young Hwang),함희철(Heechoel Ham),조형희(Hyung Hee Cho) 한국추진공학회 2019 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.5
고체추진기관에 사용되는 탄소/페놀릭 내열재는 고온에서 내부의 수지성분이 분해되는 열분해 과정을 거치며, 이때 발생하는 분해가스는 다공성 숯층을 통해 표면으로 분출되어 표면 열전달양을 감소시키고 숯층을 냉각하므로 가스 거동을 예측하는 것이 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 내열재 내부가스 거동을 2차원으로 모델링하고 이를 CFD와 통합할 수 있는 해석 모델을 개발하였다. 본 모델에서는 User Defined Scalar (UDS) 보존식과 Darcy’s law를 활용하여 가스압력을 모사해 해석에 적용하였다. 해석 모델을 적용해 노즐을 해석한 결과 축방향과 반경방향 속도성분이 잘 예측됨을 확인했다. 본 연구의 해석 모델은 향후 노즐 유동 및 내열재 열반응의 2차원 통합해석에도 적용될 것이다. A carbon/phenolic material usually used in a solid rocket motor, undergoes a thermal decomposition process as it is exposed to a high temperature environment. As a decomposition gases cools the porous char layer and the material surface by a transpiration effect, proper modeling of the gas behavior is essential. Therefore, a two-dimensional model of the gas behavior inside the material is developed considering integration into CFD software. User Defined Scalar(UDS) transport equation and Darcy’s law are utilized to calculate a pore pressure and resulting gas velocity. Results showed a good prediction of both axial and radial velocity distribution inside the char layer. The model developed in this research will be implemented for fully coupled simulation of nozzle flow and material behavior.
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