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極座標系 有限解析法 에 의한 2次元 부채꼴 캐비티 의 層流流動 解析
배주찬,강신영 대한기계학회 1984 대한기계학회논문집 Vol.8 No.3
본 연구에서는 2차원 정상 층류 유동을 지배하는 극좌표계로 표시된 Navier- Stokes 방정식을 유한해석법으로 전개하여 극좌표계에서의 그 수치계산적 성질을 검토 하고 유한해석법의 적용 좌표계 범위를 확장하는 한편, 2차원 부채꼴 캐비티 유동에 응용하여 공학적 해석도구로서의 그 가능성을 확인하고 아직 연구가 불충분한 부채꼴 캐비티 유동을 고찰하는데 그 목적이 있다. The finite analytic method is extended to solve the steady two dimensional Navier-Stokes equation of stream functions and vorticity in polar coordinate system. The method is applied to calculate laminar flows in a sector cavity where the motion is induced by the rotation of the outer wall. Numerical solutions are obtained in the range of Reynolds number 0 to 5000 and aspect ratios 0.50, 1.20, 1.60 and 1.92. The finite analytic method is verfied to be accurate and fast convergent at high Reynolds numbers. It is promising as a numerical method of viscous flows and heat transfer. Flows in sector cavities show different flow structures and formation of secondary vortex with aspect ratios and Reynolds numbers in comparison with rectangular cavities.
유한해석법을 이용한 조합 내열부품의 1차원 삭마 및 숯층 형성 해석
함희철,배주찬,이태호,전광민,이진호 대한기계학회 1992 대한기계학회논문집 Vol.16 No.5
본 연구에서는 삭막에 의한 표면후퇴 현상을 해석하기 위하여 Brogan이 제시 한 front node dropping기법을 적용하여 여러개의 상이한 재료로 구성된 조합 내열 부품에서 삭마와 숯이 동시에 발생하는 경우에 대한 내부 열반응 예측도 가능하게 하 였다. 이 수치기법은 해석하고자 하는 부분에 대한 격자생성(mesh generation)을 수 행하여 각 격자점의 좌표를 고정한 후, 삭마에 의하여 표면이 후퇴될 때 첫번째 격자 점은 두번째 격자점과 일치될 때 까지 존재하다가 제거되고, 두번째 격자점도 세번째 격자점과 일치될 때까지 존재하다가 제거된다. 이때 나머지 격자점의 위치는 항상 일정하게 고정되며 삭마가 정지될 때까지 이 과정이 계속된다. 또한 본 연구분야에 수치해석 기법으로 유한해석법(FAM:finte analytic method)을 국내외 최초로 적용하여 비선형성이 심한 것을 효과적으로 처리하므로써 안정한 해를 얻을 수 있었다. 유한 해석법은 1981년 Chen이 제안한 기법으로, 국소 격자계에 대하여 선형화된 지배 방정 식의 엄밀해를 구하여 전체 문제 영역에 확장하는 방법이다. 이 방법은 수치 계산식 의 유도과정이 매우 복잡하기는 하나, 그 결과가 정확하고 안정한 해를 얻을 수 있어 서 점차 적용 사례가 증가하고 있으며 본 문제의 수치 해석에 매우 적합한 기법으로 판단된다. The objectives of this study are to analyse the thermal response behavior occurring in the charring ablative material more realistically by considering ablation and char phenomena occurring in several material layers, and to increase the reliability of thermal analysis by being able to get stable solutions through using the finite analytic method. A program has been developed to predict the temperature distribution, ablation thickness, char thickness, ablation velocity and char velocity by solving non-linear one-dimensional heat conduction equation. Results of calculation were compared with results of published papers. From this compariosn this program was proved to be a very good tool for thermal design and analysis of charring ablative materials used in the rocket propulsion system.
복합재 격자구조물의 점검창 형상에 따른 구조안전성 해석
김동건,배주찬,손조화,이상우 한국추진공학회 2018 한국추진공학회지 Vol.22 No.6
The purpose of designing composite lattice structure which applied to launching vehicle and tactical missile body is to minimize the thickness and weight for applied load. It is usually made of carbon fiber; fabricating with filament winding process over silicon mold, and provided with a window opening for inspection purpose if necessary. In this paper compression test is conducted without window opening in lattice structure and preliminary FEA is carried out to confirm its accuracy. And then FEA is performed for the case of window opening to evaluate the soundness and the safety factor of the structure. We have calculated for two kinds of window shape; rectangular one and hexagonal one. And we have calculated safety factors of the lattice structure with window opening in every case based on failure strength of rib and knot with varying the thickness and location of the window for hexagonal shape. Through our investigation, we have found out the followings; (1) the hexagonal shaped window is shown higher safety factor than rectangular one, (2) a window in a certain location is shown higher safety factor than others, (3) although the soundness of window structure is improved as increasing its thickness, a window of a certain thickness is shown higher safety factor than others because of stress concentration. 발사체 및 유도무기 기체에 사용되는 복합재 격자구조물은 구조물에 작용하는 하중을 고려하여 최소한의 두께와 무게로 설계되는 구조물이다. 이를 위하여 실리콘 몰드에 탄소섬유를 와인딩하는 공정으로 격자구조물을 만들며, 이때 발사체 및 유도무기 기체 내부의 장비 등을 점검하기 위하여 점검창을 설치하는 것이 일반적으로 요구된다. 본 논문에서는 필라멘트 와인딩 공정으로 제작된 실린더형 격자구조물에 대하여 압축시험을 수행하고, 이 구조물에 대한 유한요소해석을 수행하여 얻은 해석 결과를 설치된 격자구조물에 대하여 유한요소해석을 수행하였다. 또한 구조물의 리브(Rib)와 노트(Knot)의 파손강도를 통해 육각형 점검창의 두께 및 위치를 변수로 선정하여 수행한 유한요소해석 결과는 다음과 같다; (1) 육각형 점검창의 안전계수가 사각형 점검창 보다 높게 계산되었으며, (2) 수직 점검창이 상단 헬리컬 리브의 중간에 위치할 때 안전계수가 높게 계산되었고, (3) 구조안전성 확보를 위하여 점검창의 두께를 증가시킬 경우 구조물의 불연속 부분에 응력집중이 발생하므로 유한요소 해석을 통해 안전계수가 가장 높은 점검창 형상을 선정해야 한다.
De-Laval 노즐의 난류 경계층 유동이 연소실 압력에 미치는 영향
장태호,이방업,배주찬 대한기계학회 1986 대한기계학회논문집 Vol.10 No.5
A Compuressible turbulent boundary layer effect of the high temperature, accelerating gas flow through the De-Laval nozzle on combustion chamber pressure is numerically investigated. For this purpose, the coupled momentum integral equation and energy integral equation are solved by the Bartz method, and 1/7 power law for both the turbulent boundary layer velocity distribution and temperature distribution is assumed. As far as the boundary layer thicknesses are concerned, we can obtain reasonable solutions even if relatively simple approximations to the skin friction coefficient and stanton number have been used. The effects of nozzle wall cooling and/or mass flow rate on the boundary layer thicknesses and the combustion chamber pressure are studied. Specifically, negative displacement thickness is appeared as the ratio of the nozzle wall temperature to the stagnation temperature of the free stream decreases, and, consequently, it makes the combustion chamber pressure low.