대류유동으로 수직 분사된 과열 와류분무의 분무특성

이해천(Haecheon Lee),윤웅섭(Woongsup Yoon) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11

감압비등에 의한 미립화는 더 미세한 직경의 액적을 얻을 수 있고, 분무각이 증가하며, 더 좋은 혼합특성을 갖는 다는 점에서 단순 압력식 미립화와 차이가 난다. 감압비등이란 과열된 액체를 포화 압력 이하의 대기 중으로 분사하여 급격한 비등에 의해 이루어지는 미립화이다. 본 연구는 금속 연료를 이용한 추진기관의 산화제인 물 공급기술에 감압비등과정을 이용한 와류분무를 적용시키기 위해 수행됐다. 분열길이와 같은 거시적 특성은 Charge-Couple Device(CCD) 카메라를 이용해 측정하였고, Sauter Mean Diameter(SMD)와 SMD분포와 같은 미시적 특성은 Global Sizing Velocimetry(GSV) 시스템을 이용해 측정했다. 실험은 압력과 온도, 대류 속도를 변화시키며 진행했다.

플래시 스월분무의 유동특성에 대한 실험적 연구

김형민(Hyungmin Kim),윤웅섭(Woongsup Yoon) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11

Flash swirl spray는 감압비등이라는 열역학적 분열 메커니즘을 통해 미립화를 개선하는 장점이 있으며 cold swirl spray에서는 발생하지 않는 secondary spray를 형성한다. 이러한 secondary spray는 hollow cone 형태의 액적분포 및 유동특성을 변화시키는 역할을 하게 된다. 본 연구에서는 primary spray와 secondary spray의 유동특성을 이해하기 위 실험적인 연구를 수행하였다. 유체를 과열상태로 만들기 위해 제어 가능한 열선방식의 가열시스템을 사용하였다. 분무유동과 액적직경을 측정하기 위해 Particle Image Velocimetry(PIV)와 Global Sizing Velocimetry(GSV)를 사용하였으며 분사압력과 무차원 과열도에 따른 플래시 스월분무의 유동특성과 평균액적직경 분포특성을 확인하였다. Flash swirl spray has additional thermodynamic break up source (i. e., flash boiling) and the source makes small droplet distribution (secondary spray) inside liquid sheet (primary spray). In this study, the flow characteristics for the primary and secondary spray were experimentally investigated. The controllable line heating system was employed to make the superheated water and there was no phase change of water during the heating process. Droplet velocity and size of the flash swirl spray were obtained in one parallel to the spray axis using optical measurement system, Particle Image Velocimetry(PIV) and Global Sizing Velocimetry(GSV). Injection pressure and non-dimensional superheat degree were changed to compare the flow pattern and the droplet size distribution of the flash swirl spray.

강한 압력파동에 구속된 액체 추진제 연소응답의 지배인자

이길용(Gilyong Lee),윤웅섭(Woongsup Yoon) 한국추진공학회 2004 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2004 No.10

EDB에 의해 부양된 알루미늄과 마그네슘 단일 입자의 점화 및 연소 특성 비교 연구

임지환(Jihwan Lim),윤웅섭(Woongsup Yoon) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11

The ignition and the burning characteristics of aluminum and magnesium particles (30-110 μm in diameter) isolated due to electrodynamic levitation were experimentally investigated. The burning time, the ignition delay time, the flame temperature, and the flame diameter were measured. The thermal radiation intensity was measured using the photomultiplier tube and the combustion history was monitored by high-speed cinematography. Two-wavelength pyrometry measured the temperature of the burning particles. The burning times of aluminum particles were measured approximately 5 to 8 times longer than those of magnesium particles. Exponents of D<SUP>n</SUP>-law, for the burning rate of magnesium and aluminum particles of diameters less than 110 μm, are found to be 0.6 and 1.5, respectively. The instant of aluminum ignition is clearly distinguished with the ignition delay time little less than 10 ms, however the burning history of magnesium particle exhibits no distinct instant of the ignition. The ignition delay time of magnesium particle (less than 110 μm) were approximately shown in the range from 50 to 200 ns. The flame temperatures of single metal particles are lower than the boiling point of the oxide. The nondimensional flame diameters for magnesium are decreased with increasing of the diameter. The nondimensional flame diameters for aluminum are not changed significantly.

대형 로켓엔진시스템의 제어모드 별 유량 예측 모델링

김상훈(Sanghoon Kim),윤웅섭(Woongsup Yoon) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.5

대형로켓엔진의 시동, 정지, 추력 제어 알고리즘을 설계하고 이를 엔진모사 실험 장치에 모듈화 하여 목표 유량, 유량 비에 대해 타당성을 확인하였다. 엔진 모사 실험 장치는 펌프, 오리피스, 제어밸브, 파이프, 인젝터 및 재생 냉각채널로 구성하였고 제어 알고리즘은 제어 모드 별 실험을 통해 얻은 목표유량 밸브 개도와 PI제어를 통해 목표 유량 및 유량 비에 안정적으로 수렴하도록 설계하였다. 엔진모사 실험 장치 구성품 별 동특성 모델을 Simulink로 통합하고 제어 알고리즘을 모듈화 하여 시스템 동특성 예측 프로그램을 개발하였다. 유량 및 유량 비에 대한 제어모드 별 프로그램 예측 결과와 실험결과의 비교를 통해 엔진모사 실험 장치에 대한 시스템 동특성 예측 프로그램의 실용성을 확인하였다.

Urea-SCR 적용을 위한 감압비등 와류 분무의 특성의 변화에 대한 실험적 연구

이해천(Haecheon Lee),윤웅섭(Woongsup Yoon) 한국자동차공학회 2010 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2010 No.11

A Flash-boiling atomization is one of most device that generate fine droplet. The main features of the flash-boiling atomization are a finer diameter, better distribution and wider spray angle than mechanical atomizer. The flash-boiling is a atomization process that use a thermodynamic metastable state. The superheated liquid jet introduced at pressure place below the saturated vapor pressure rapidly evaporates and then shatters the adjacent liquid. This experiment is conducted in order to apply the flash-boiling swirl spray to the Urea-SCR(Selective Catalytic Reduction) system. The breakup length which is a macroscopic spray characteristic measured with CCD(Charge-Coupled Device) camera. SMD(Sauter mean diameter) and SMD distributions which are a microscopic spray characteristic measured with GSV(Global Sizing Velocimetry). The experiment is conducted varying three variable of pressure, temperature and velocity of convection.

열복사에 의한 단일 알루미늄 입자 점화-연소특성 측정

임지환(Jihwan Lim),윤웅섭(Woongsup Yoon),이도형(Do Hyung Lee) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.5

고체추진제의 첨가제 또는 연료로써 주로 사용되는 알루미늄 단일 입자 연소시험 장비를 제작하고 연소 실험을 수행하였다. 산화 알루미늄으로 피복된 금속입자는 약 30~100 ㎛ 의 크기를 사용하였다. 단일 입자는 Electrodynamic Balance (EDB) 방법에 의해 공중 부양된 상태로, 중력에 의한 영향이 배제되어 금속입자 고정용 또는 측정용 장치들의 접촉에 의한 열손실을 제거시켜 실험 정확도를 높였다. Standard Hyperbolic Electrodynamic Levitator (SHEL) 내에서 부양된 입자에 CO2 레이저를 사용하여 점화시킨 후, 입자로부터 방사되는 열복사를 이용한 two wavelength pyrometry를 적용하여 알루미늄 입자 크기에 따른 연소시간, 평균 화염온도, 점화온도, 점화시간을 획득하였으며, 단일 알루미늄 입자의 점화-연소특성을 평가하였다.

반사형 공명기의 음향특성에 관한 실험적 연구

이국진(Kukjin Lee),윤웅섭(Woongsup Yoon) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11

반사형 공명기의 흡음성능 향상을 위해 소음기에서 사용되는 작은 홀 형태의 각기 다른 목을 가진 다공형 공명기에 대한 사전 연구를 진행하였다. 공명기의 음향 특성을 측정하기 위해 다중 마이크로폰을 이용한 측정방법중 두 음원을 이용한 방법과 음파분리법을 사용하였으며, 검증을 위해 단순 확장 챔버 형태의 공명기를 이용하였다. 전달손실의 측정 및 계산은 4단자 정수법을 이용한 전달행렬법을 사용하였다.

3차원 형상의 추진제 후퇴 모사를 통한 내탄도 해석

기완도(Wando Ki),윤웅섭(Woongsup Yoon) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5

3차원 형상의 고체 추진제 후퇴 모사가 가능한 코드를 개발하여 검증하고 여기에 0차원 연소모델을 이용하여 Finocyl형상과 NAWC No.13 형상에 대한 내탄도 성능 해석을 수행하였다. 계산한 결과는 문헌의 값들과 비교 및 검증하였으며 대체로 일치하는 경향을 보였다. Program of 3-D grain geometry burnback analysis was developed and verified. Using the code, internal ballistics simulation was conducted with the Finocyl shpae propellant and NAWC tactical motor No. 13. The Result was compared with the refrence data, and genegally agreed.

과열도 및 분사압력 변화에 따른 플래시 스월분무의 분무형상 및 3차원 유동특성 연구

김형민(Hyungmin Kim),윤웅섭(Woongsup Yoon) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5

플래시 스월분무는 인젝터 내부에서의 스월 유동에 의한 압력구배와 감압비등으로 인해 Secondary spray를 형성한다. 또한 Secondary spray의 발생으로 인해 상온의 스월분무 유동은 스월 동축형태의 유동으로 천이하는 특징이 있다. 본 연구에서는 감압비등으로 인해 발생되는 스월분무의 분무형상 및 유동장 천이현상을 이해하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 작동 유체인 물을 과열상태로 만들기 위해 제어 가능한 열선방식의 가열시스템을 사용하였으며 분무형상과 3차원 유동장은 Multi-plane Stereo Particle Image Velocimetry(SPIV) 시스템을 통해 계측되었다. 분사압력이 증가하는 경우 Primary spray와 Secondary spray 모두 속도가 증가하였으며 무차원 과열도가 증가하는 경우는 감압비등에 의해 발생하는 Secondary spray 속도가 증가함을 확인하였다. The secondary spray is unique feature of the flash swirl spray and it does not occur in the cold swirl spray. The spray formation and flow field of the flash swirl spray are also changed the hollow spray to the swirl coaxial spray by the secondary spray. In this study, the spray formation and the flow transition on the flash swirl spray were experimentally investigated. The controllable line heating system was employed to make the superheated water and there was no phase change of water during the heating process. Spray visualization and three-dimensional spray flow field of the flash swirl spray were obtained by using a multi-plane Stereo-PIV system. The study shows that the velocity of the primary and secondary spray is increased simultaneously with enlarging the injection pressure. Especially the velocity of the secondary spray is changed by the non-dimensional superheat degree.