추진공급계 개발품 시험을 위한 수력학 시험 설비 구축

이지성,임하영,김정한,한상엽 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

발사체의 추진기관을 구성하는 부품의 수력학적 특성을 시험하기 위한 수력학 시험 설비가 구축되었다. 구축된 시험설비는 사용유량 및 압력에 따라 수력학 시험실-1과 2로 나뉜다. 수력학 시험실-1의 경우 최대 5 MPa/180 kg/s 까지 시험 가능하고, 수력학 시험실-2의 경우 최대 30 MPa/40 kg/s 까지 시험가능하다. 수력학 시험실은 물을 채우고 가압해 주는 준비실과 공압밸브 및 레귤레이터를 조작하고 데이터를 저장하는 제어계측실, 실제 시험물이 장착되어 시험이 이루어지는 시험실로 구분되며 최소 2인 이상이 시험설비를 운영할 수 있도록 규정하고 있다. 구축된 수력학 시험 설비는 인증시험을 통해 성능 및 안전성이 확보되었으며, 현재 한국형발사체 주요 구성품의 개발/인증/수락 시험이 진행되고 있다. Hydraulic laboratories (HL) are constructed for the test of propulsion units. The laboratory is devided by two types as HL-1 and HL-2. The testing capacity of HL-1 and HL-2 is up to 5 MPa/180 kg/s and 30 MPa/40 kg/s respectively. Hydraulic loboratory is composed of preparation room for the clean and high pressure water, control room for the valves and regulators, and the laboratory where the test section is located. The test performance and the safety of the test facility are proven with qualification test. Development, qualification, and acceptance tests of newly developed propulsion units are undergoing in the constructed hydraulic laboratories.

수력학적 상사를 적용한 초음속 노즐 내부 유동 연구

이지형(Jihyung Lee),이경훈(Kyung Hun Lee) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11

로켓노즐 유동은 성능에 대단히 중요한 영향을 미치나, 고온 고압의 가스 유동 특성으로 직접적인 측정이 매우 어렵다. 이러한 문제 해결을 위해 수력학적 상사(hydraulic analogy)기법이 개발되었으며, 본 연구에서는 고온 고압의 로켓 노즐 유동에 대한 수력학적 상사의 적용 가능성이 시험되었다. 로켓 모타의 축대칭 De Laval 노즐 내부 유동현상에 관한 연구가 수력학적 상사를 이용하여 설계된 2차원 수문형 시험장치(2-D Sluice-Type Water-Table)에서 수행되었다. 정량적인 시험을 위해서는 k≠2인 기체 유동에 대한 비상사성 문제 해결이 필요하며, 본 연구에서는 시험대를 경사시켜 유동방향 중력가속도 영향을 감소시킴으로서 점성에 의한 비상사성 문제 해결을 시도하였다. 유동 가시화를 통해 수력학 상사에 대한 이해를 깊이할 수 있었으며, 수력학적 상사 실험(2차원 등엔트로피 유동)의 관련 분야에 대한 다양한 적용 가능성이 확인되었다. Though rocket nozzle flow is very important to the rocket performance, the direct measurement is very difficult because of high temperature and high pressure gas flow. Then the experiment utilizing the hydraulic analogy has been developed for such a problem. Supersonic flows through an axisymmetric De Laval nozzle of solid rocket motor was simulated in a 2-D sluice-type water-table designed and manufactured utilizing hydraulic analogy. Methods to minimize or account for non-analogous effects in the hydraulic system must be reviewed for the quantitative application of the hydraulic analogy. In this application the water table is inclined slightly, so that gravity acceleration has a small component in the direction of motion, thus compensating for the effect of friction. Flow visualization leads to better understanding of the analogous system. Within the experimental errors, it is shown that the hydraulic analogy can be used as an effective tool for the study of two dimensional isentropic flows of gases in many fields.

가변 오리피스의 수력학적 모델

이중엽(Joongyoup Lee) 한국추진공학회 2019 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.5

가변 오리피스의 모델링을 위해 오리피스의 면적이 열리고 닫히는 특성에 따라 수력학적 상태를 분석할 필요가 있다. 가변 오리피스의 정적상태의 수력학적 이론을 통하여 수력학적 모델의 설계식을 제시하였다. It is necessary to analyze the characteristics of the hydraulic states with respect to the opening and closing of the orifice area in order to modeling of variable orifice. The analysis of hydraulic model has been suggested by the static-hydraulic equation of variable orifice.

인공판막 후부 공동부가 판막의 수력학적 성능에 미치는 영향

이계한,서종천 대한의용생체공학회 1998 의공학회지 Vol.19 No.3

판막 후부의 공동부는 판막의 닫힘 거동과 판막 주위의 혈류 유동장을 변화시켜 인공 판막의 수력학적 성능에 영향을 미칠 수 있다. 계식 이엽 판막(SJMV), 폴리머 단엽 판막(MLPV), 폴리머 삼엽 판막(FTPV)을 판막 후부에 공동부가 있는 시험부와 공동부가 없는 직관형 시험부에 설치하여 모의 순환 장치에서 판막의 수력학적 성능을 평가하였다. 판막의 누수량은 공동부가 있는 시험부에서 약간 작았고, 수축기 평균 압력강하는 크게 나타났으나 통계적으로는 큰 차이가 없었다. 따라서 판막 후부의 공동부는 판막의 수력학적 성능에 큰 영향을 나타내지 않았다. 유량 파형의 해석 결과 판막 후부 공동부는 MLPV에서는 판막의 닫힘에 큰 영향을 주지 않았으나, SJMV에서는 판막의 닫힘이 일찍 시작하게 하였고 이 영향은 FTPV에서 더욱 크게 나타났다. FTPV는 공동부가 있는 시험부에서 역류 최대 유량이 감소하였으므로 판막 후두에 공동부는 판막의 급격한 닫힘에 의한 역류 제트의 발생을 감소시키리라 기대된다. The sinus distal to the prosthetic heart valve influences the valve closure behavior and velocity field near the valve, therefore affects the hydrodynamic performance of the prosthetic heart valve. In order to study the effects of valve distal geometry on the hydrodynamic performance of the prosthetic valves, mechanical bileaflet valve(SJMV), monoleaflet polymer valve(MLPV) and trileaflet polymer valve(FTPV) are inserted in the test sections which have the straight and the sinus shape distal to the valve. Leakage volumes and systolic mean pressure drops are measured in the pulsatile mock circulation flow loop. Leakage volumes are slightly less and systolic mean pressure drops are higher in the sinus test section comparing to those in the straight test section, but the differences are statistically insignificant. Flow waveforms are analyzed in order to predict the valve closure behavior. The distal sinus does not affect the closure of the MLPV, but early valve closure of SJMV is observed in the sinus test section. This effect is more significant in FTPV, and the reverse flow peak of FTPV is reduced in the sinus test section. Therefore the sinus distal to the valve can reduce the reverse flow jet caused by sudden valve closure.

역류식 충전탑에서 Raschig Super-ring Random Packing의 수력학적 특성에 대한 연구

강성진(Sung Jin Kang),임동하(Dong-Ha Lim) 한국청정기술학회 2020 청정기술 Vol.26 No.2

오늘날 석유화학, 정밀화학, 대기오염 방지산업 등에서 증류, 흡수, 추출, 탈거 등 물질분리 단위공정으로 주로 충전탑을 사용해 왔다. 충전탑은 가스-액체, 가스-가스 시스템에서의 물질들과의 접촉에 의해 운전되어 진다. 이러한 충전탑은 낮은 압력손실, 경제적 효율, 고온성 액체물질 적용, 유지보수 용이, 유해가스 처리 등의 운영에서 장점들을 가진다. 충전탑의 성능은 충진물을 통해 가스와 액체를 고르게 분산함으로써 우수한 성능을 보이며, 이는 충전탑 설계에 있어 중요한 인자로 고려되어진다. 본 실험에서는 충진물에 대한 액체부하 및 가스용량인자에 따른 건조압력손실, 수력학적 압력손실, 액체함량 변화에 대한 기하학적 특성에 대하여 연구하였다. 결과로부터 설계인자와 운전조건 등의 유해가스 처리에 필요한 인자를 도출하였다. 임의 충진물인 raschig super-ring에 대한 건조압력손실을 측정한 결과, 가스용량인자가 증가할수록 일정하게 선형적으로 증가하였고, 가스용량인자가 0.630 ~3.448 kg<SUP>-1/2</SUP> m<SUP>-1/2</SUP> S<SUP>-1</SUP> 에서 건조압력손실은 1.892~47.312 mmH₂Om<SUP>-1</SUP> 기존 산업현장에서 보편적으로 사용되는 35 mm pall-ring보다도 낮은 압력손실을 보였다. 그리고 raschig super-ring에 대한 수력학적 압력손실을 측정한 결과, 고유 액체부하에 대하여 가스용량인자가 증가할수록 압력손실도 함께 증가함을 확인하였고, 액체부하 변화에 따른 가스용량인자가 1.855 ~ 2.323 kg<SUP>-1/2</SUP> m<SUP>-1/2</SUP> S<SUP>-1</SUP> 으로 20% 증가할 때, 압력손실은 약 17% 증가하는 것으로 나타났다. 마지막으로, 충진물 체적에 관한 액체함량은 가스용량인자에 의존된 액체부하 매개변수로서 액체부하 변화에 따른 가스용량인자 약 3.84kg<SUP>-1/2</SUP> m<SUP>-1/2</SUP> S<SUP>-1</SUP> 까지는 거의 일정한 액체함량을 보였으나, 그 이상에서는 급격하게 증가하였다. In recent years, packed column has been widely used in separation processes, such as absorption, desorption, distillation, and extraction, in the petrochemical, fine chemistry, and environmental industries. Packed column is used as a contacting facility for gas-liquid and liquid-liquid systems filled with random packed materials in the column. Packed column has various advantages such as low pressure drop, economical efficiency, thermally sensitive liquids, easy repairing restoration, and noxious gas treatment. The performance of a packed column is highly dependent on the maintenance of good gas and liquid distribution throughout a packed bed; thus, this is an important consideration in a design of packed column. In this study, hydraulic pressure drop, hold-up as a function of liquid load, and mass transfer in the air, air/water, and air-NH₃/water systems were studied to find the geometrical characteristic for raschig super-ring experiment dry pressure drop. Based on the results, design factors and operating conditions to handle noxious gases were obtained. The dry pressure drop of the random packing raschig super-ring was linearly increased as a function of gas capacity factor with various liquid loads in the Air/Water system. This result is lower than that of 35 mm Pall-ring, which is most commonly used in the industrial field. Also, it can be found that the hydraulic pressure drop of raschig super-ring is consistently increased by gas capacity factor with various liquid loads. When gas capacity factor with various liquid loads is increased from 1.855 to 2.323 kg<SUP>-1/2</SUP> m<SUP>-1/2</SUP> S<SUP>-1</SUP>, hydraulic pressure drop increases around 17%. Finally, the liquid hold-up related to packing volume, which is a parameter of specific liquid load depending on gas capacity factor, shows consistent increase by around 3.84 kg<SUP>-1/2</SUP> m<SUP>-1/2</SUP> S<SUP>-1</SUP> of the gas capacity factor. However, liquid hold-up significantly increases above it.

정상유동에서 자가팽창성 그래프트 스텐트의 수력학적 특성

이홍철,김철생,박복춘,박복춘 대한의용생체공학회 2003 의공학회지 Vol.24 No.1

본 실험연구에서는 정상유동상태에서 새롭게 설계된 자가팽창성 그래프트 스텐트의 수력학적 성능을 평가하고자 하였다. 코팅 재질이 다른 두 개의 그래프트 스텐트와 한 개의 타이티놀 금속스텐트가 실험에 사용되었으며, 유량이 가자 5, 10, 15 1/min에서 스텐트 전후에서의 압력변화 및 속도분포를 측정하였다. 스텐트 삽입에 의한 압력손실은 유량이 증가함에 지수적으로 증가하였다. 특히 15 1/min의 유량에서 다공성 PTFE 그래프트 스텐트와 TiNi 금속스텐트의 압력손실은 거의 동일하나 PU 그래프트 스텐트는 약 6배 이상의 현저한 증가를 보이고 있다. 스텐트 후류에서의 속도분포는 다공성 PTFE 그래프트 스텐트와 TiNi 금속스텐트는 유량에 관계없이 유사한 형태를 보여주고 있다. 그러나, PU 그래프트 스텐트에서는 특히 유량이 10 1/min 이상에서 속도분포가 비대칭적이고 관 중심에서의 상대적인 낮은 유속을 보여주고 있으며, 결과적으로 벽면전단응력 및 수직응력의 증가론 초래하고 있다. 이와같이 PU 그래프트 스텐트의 상대적으로 낮은 수력학적 성능은 스텐트가 보다 작은 관에 삽입되었을때 코팅재질의 낮은 유연성으로 인하여 스텐트의 표면에 주름이 발생하여 유동단면이 비대칭적으로 되고 벽면의 조도가 증가하며, 관벽과 스텐트와 틈새가 존재하여 제트류가 형성되기 때문으로 해석된다. This experimental study is aimed at evaluating the hydrodynamic performance of newly designed self-expandable graft stents under steady flow condition. Two graft stents with different coating materials and a bare TiNi metallic stent for comparison test were used in the experiment. Pressure variation and velocity distribution at the upstream and downstream of the stents were measured at flow rates of 5, 10, and 15 l/min, respectively. Pressure loss due to insertion of the stent increased with increasing flow rate exponentially as expected. At a flow rate of 15 l/min, pressure loss of Polyure-thane(PU)-coated graft stent was 6 times higher than that of TiNi metallic stent, while the pressure loss of a porous Polytetrafluoroethylene(PTFE)-coated graft stent was comparable to a bare TiNi metallic stent. Velocity profiles of the porous PTFE-coated graft stent were similar to those of a bare TiNi metallic stent regardless of flow rate. Furthermore, the velocity profile of PU-coated graft stent revealed an asymmetrical and relatively low central velocity at a higher flow rate than 10 1/min, expecially, where the effects resulted in increases of wall shear stress and normal stress. The worse hydrodynamic behavior of PU-coated graft stent than the other two stents might be attributed to formation of folds due to poor flexibility of coated material when inserting the graft stent into the pipe with a more smaller size, which later gave rise non-symmetry of flow area, increase of surface roughness and jet flow via the crevice between the stent and cylinder wall.

채널의 분기 및 병합이 있는 액체로켓 연소기 재생냉각 유로에서의 수력학적 특성

김홍집(Hong Jip Kim),김성구(Seong-Ku Kim),최환석(Hwan Seok Choi) 한국항공우주학회 2008 韓國航空宇宙學會誌 Vol.36 No.11

고성능 로켓엔진용 연소기에서 열적 건전성을 확보하기 위해 적용되는 재생냉각 채널은 채널의 분기/병합, 방향 전환과 같이 복잡한 유동구조를 포함한다. 냉각유로에서 발생하는 압력 손실을 마찰과 국소유통저항으로 나눠, 각각의 유통조건에 따라 경험적으로 제시된 문헌상의 계수를 적용함으로써, 재생냉각유로 설계에 효과적으로 적용할 수 있도록 수력학적 자료를 구하였다. 해석의 타당성을 검증하기 위하여 실물형 연소기의 냉각유로 설계안에 적용하였다. 먼저, 물을 사용하였을 때 모사시제를 사용한 수류시험 결과와 비교하였다. 정량적으로 타당한 결과를 얻은 것으로 확인되어, 실유체인 케로신을 사용한 수력해석을 수행하여 CFD 결과와 비교하여 수력해석 방법의 타당성을 확인할 수 있었다. Regenerative cooling passage to guarantee the thermal survivability in high performance rocket engine combustors could have complex configurations of the branching/merging of channels and flow turning, etc. By applying the classical hydraulic coefficients which can be found in the literature according to the flow conditions, hydraulic characteristics in regenerative cooling passages can be obtained effectively through dividing the pressure loss into friction loss and local resistance loss. Satisfactory agreement has been obtained by comparing the present results with experimental measurement of water flow test. In addition, the present results were in good agreement with CPD results when the actual coolant, kerosene was used. Therefore, the application of the present method is expected to be useful to design regeneratively cooled combustors.

겉씨 식물의 물관 내부 수력학적 밸브 구조의 작동 원리에 대한 연구

박주영(Jooyoung Park),박성호(Sung Ho Park),이상준(Sang Joon Lee) 대한기계학회 2020 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2020 No.12

CO₂ 원천분리 수소 제조 공정을 위한 이동층 반응기의 개념 설계 및 수력학적 특성

박동규(Dong Kyoo Park),조원철(Won Chul Cho),서명원(Myung Won Seo),고강석(Kang Seok Go),김상돈(Sang Done Kim),강경수(Kyoung Soo Kang),박주식(Chu Sik Park) 한국청정기술학회 2011 청정기술 Vol.17 No.1

CO₂ 원천 분리 수소제조 반응시스템은 금속 산화물의 산화/환원 반응을 이용하여 기존의 수증기-메탄 개질 반응을 3단계의 반응시스템으로 분리함으로써 메탄 연소 시 발생되는 CO₂를 원천적으로 분리함과 동시에 고 순도 수소를 별도의 후단 공정없이 직접 생산해 내는 신 개념의 수소 생산 기술이다. 반응 시스템은 크게 연료(즉, CH₄)가 공급되는 연료반응기(FR: Fuel Reactor), 수증기가 공급되는 수증기반응기(SR: Steam Reactor) 및 공기가 공급되는 공기반응기(AR: Air Reactor)로 구성되며, 다른 반응기와 비교하여 반응 매체의 전환율과 선택도를 높이기 위하여 긴 체류 시간을 확보할 수 있는 두 개의 이동 층(FR, SR)으로 구성되었다. 본 연구에서는 200 L/h의 수소를 생산할 수 있는 매체 순환 식 이동 층 반응기 제작을 목적으로 수소 발열량 기준 0.55 kW급 이동 층 반응기의 개념 설계 및 cold model을 설계 제작하고 주요 운전 변수에 따른 수력학적 특성을 결정하였다. 개념 설계 결과 원하는 매체 전환율을 얻기 위해 필요한 고체 순환 속도 범위(20~100 kg/m²s)를 결정하였다. Coldmodel 실험 결과, loop-seal의 유속이 증가함에 따라 고체 순환 속도가 증가하였으며 이를 통하여 고체 순환 속도 조절이 가능하였다. 반응 시스템의 안정적인 조업을 위해서는 이동 층(FR, SR) 조업 조건을 최소 유동화 속도 부근으로 유지하는 것이 좋은 것으로 나타났다. 이동 층 내 고체 체류 량은 기상 유속 및 고체 순환 속도 증가에 따라 감소하였다. 본 연구를 통하여 조업조건에서 개념 설계에서 원하는 고체 순환 속도 및 흐름 특성을 얻을 수 있음을 확인하였다. The intrinsic CO₂ separation and hydrogen production system is a novel concept using oxidation and reduction reactions of oxygen carrier for both CO₂ capture and high purity hydrogen production. The process consists of a fuel reactor (FR), a steam reactor (SR) and an air reactor (AR). The natural gas (CH₄) is oxidized to CO₂ and steam by the oxygen carrier in FR, whereas the steam is reduced to hydrogen by oxidation of the reduced oxygen carrier in SR. The oxygen carrier is fully oxidized by air in AR. In the present study, the chemical looping moving bed reactor having 200 L/h hydrogen production capacity is designed and the hydrodynamic properties were determined. Compared with other reactors, two moving bed reactors (FR, SR) were used to obtain high conversion and selectivity of the oxygen carrier. The desirable solid circulation rates are calculated to be in the range of 20~100 kg/m²s from the conceptual design. The solid circulation rate can be controlled by aeration in a loop-seal. To maintain the gas velocity in the moving beds (FR, SR) at the minimum fluidization velocity is found to be suitable for the stable operation. The solid holdup in moving beds decrease with increasing gas velocity and solid circulation rate.

전기수력학적 방법에 의한 입자 포집에 관한 연구

안강호(Kang-Ho Ahn),안진홍(Jin-Hong Ahn),윤진욱(Jin-Uk Yoon),김광영(Kwang-Young Kim) 대한기계학회 2001 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2001 No.9

A well defined electro-spraying and electro-static precipitator(ESP) experiment is carried out to investigate the charging characteristics of the submicron particles and the monodisperse particles. The basic idea is that the highly charged electro-sprayed droplets will be exploded into smaller droplets when the Coulombic repulsive force on the surface is higher than the surface tension. During this process many highly charged smaller droplets or ions if the droplets are completely dried out will be produced in the space. These charged species will be attached to the particle and eventually charged the particles. These charged species will be easily collected with ESP. The experimental result shows that the atomizer generated particles with GMD 50㎚ is collected more than 99% even at the mean face velocity of 2.0 ㎧.