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문제 정의
- 본 연구에서는 데토네이션 유동의 특성을 알아보고, 각각의 엔진 사이클이 아닌 하나의 복합사이클로서 PDE의 열역학적 해석을 통해 그 성능을 예측해보고자 한다. 여기서 터보 제트 엔진의 후기연소기로 데토네이션을 이용한 복합 사이클과 터보팬 엔진에서 팬을 지난 유동에 데토네이션 엔진을 추가한 복합 사이클의 두 가지 경우 대하여 해석을 진행하도록 한다.
- 터보 팬엔진 및 PDE의 복합엔진에서는 팬을 지난 유동에 PDE을 설치했을 때 어떠한 성능의 변화를 발생시키는지 확인해 보도록 한다. 여기서 일반 터보 팬엔진과의 비교를 위해 엔진 전체에 유입된 총열 유입량은 동일하다고 가정한다.
가설 설정
- 또 압력비는 연소기를 지나는 유동의 압력손실비를 이용하여 구하는데, 여기서는 압축기 전후의 압력비는 연소기의 연소 효율과 같다고 가정한다.
- 압축과정이 끝나면 연소 과정에 들어가게 되는데 여기서 연소 후터빈 입구에서의 온도(TIT)를 1700K 로일정하다고 가정한다. 이때 유입되는 열량 qin:1 은 연소기의 입구와 출구의 온도로 결정된다.
- 1장에서 유도한 데 토네 이션의 해석을 이용하여 상태량을 결정 한다. 여기서 4와 5사이의 유입되는 총열량은 일반 터보제트엔진의 경우와 동일하다고 가정한다. 즉, Fig.
- 여기서 일반 터보 팬엔진과의 비교를 위해 엔진 전체에 유입된 총열 유입량은 동일하다고 가정한다. 즉, 일반 터보 팬엔진의 중심 흐름에 유입된 열량과 복합 터보 팬엔진의 중심 흐름과 주변 흐름에 유입된 총열량은 같으며 이때 중심 흐름에 유입된 열량과 주변 흐름에 유입된 열량의 비는 S라 한다.
- 디퓨저와 압축기를 지난 유동은 연소기를 통과하고 터빈을 지나 다시 후기 연소기를 통과하여 노즐을 통해 배기된다. 이때 터빈에서발생된 일 전체가 압축기가 하는 일로 손실 없이 변환되지만 다른 유동장치는 일정한 효율을 가진다고 가정한다.
- 같다. 이때 후기 연소기 출구의 온도를 2000 K 로 가정 한다.
- 데토네이션의 해석을 하는데 다양한 모델이 있지만 여기서는 ZND(Zeldovich - von Neumann - Doering) 구조를 이용하여 해석을 수행하도록 한다. 즉, 데토네이션을 수직 중 격파와 반응 영역 (Reaction zone)으로 구성되어 있다고 가정한다. 또한 데토네이션 파 후방에서 CJ 조건(Chapman - Jouguet condition)을 만족한다고 가정하고 따라서 후방의 마하수는 1이 된다 ・[2]
- 여기서는 일반 터보 제트엔진과 터보팬엔진에 대해 해석하고 터보제트 엔진에서 후기 연소기로 PDE를 장착한 복합엔진과 터보팬엔진에서 팬유동에 PDE 를 장착한 복합엔진의 해석을 통해 이들 엔진 간의 비교를 수행하였다. 터보 제트엔진과 터보제트 및 PDE의 복합엔진, 그리고 터보팬엔진과 터보팬 및 PDE의 복합엔진의 비교를 위해 엔진 전체에 유입되는 열량은 같다고 가정한다. 즉, 일반 터보제트엔진에 유입되는 총 열량과 터보제트엔진 및 PDE의 복합엔진에 유입되는 총열량은 같으며 일반 터보팬엔진에 유입되는 총 열량과 터보팬 및 PDE의 복합엔진에 유입되는 총 열량은 동일하다.
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