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[국내논문] 웨버수 및 운동량 플럭스비에 따른 동축형 다공성재 분사기의 거시적 분무특성
Effect of Weber Number and Momentum Flux Ratio on Macroscopic Characteristics of Spray from a Coaxial Porous Injector 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.16 no.5 = no.72, 2012년, pp.1 - 9  

김도헌 (한국항공대학교 대학원 항공우주 및 기계공학과) ,  서민교 (한국항공대학교 대학원 항공우주 및 기계공학과) ,  이인철 (한국항공대학교 대학원 항공우주 및 기계공학과) ,  구자예 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부)

초록
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동축형 다공성재 분사기에서는 중심 액체제트 주위를 둘러싼 원통형 다공성재의 내부 표면에서 반경방향으로 분사된 기체가 중심액체제트와 상호작용을 하게 된다. 표면분사된 기체제트는 반경방향에서 축방향으로 발달하며, 그 과정에서 액체분무의 중심부까지 운동량을 효과적으로 전달하여 미립화 및 혼합 성능을 향상시킨다. 본 연구에서는 기체분사 면적 및 기체분사 질량유량을 변화시켜 각각 운동량 비 및 웨버수의 크기를 조절하였으며, 이에 따른 물-공기 모사추진제 수류시험에서의 분무특성에 대한 고찰을 수행하고 동일 스케일의 전단 동축형 분사기와의 비교 분석이 이루어졌으며, 동축형 다공성재 분사기에서 반경방향으로의 기체분사가 2상유체의 미립화/혼합에 긍정적인 영향을 주는 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The gas jet from a coaxial porous injector for two-phase flows is discharged from the porous surface, which encloses the center liquid jet, and the gas and liquid jet interact with each other physically. The wall injected gas jet transfers the radial momentum effectively while the radial gas jet dev...

주제어

#동축형 다공성재 분사기   #2상유체 분사기   #Taylor-Culick 유동  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 2상유체 전단 동축형 분사기의 액적분포 균일도를 향상시키는 방법으로 고안된 동축형 다공성재 분사기[4]의 2차원 수류시험 분사기를 제작하였다. 여러 웨버수 및 운동량 플럭스 비 조건에서 모사추진제를 사용한 분무가시화 시험을 수행하여 각 분무특성 파라메터의 변화에 따라 나타나는 거시적 분무특성을 관찰하며, 그 상관관계 분석을 통해 액적분포 균일도를 개선시키기 위한 동축형 다공성재 분사기의 핵심요소라고 할 수 있는 기체제트의 반경방향 분사가 분무특성에 미치는 영향을 분석한다.

가설 설정

  • 웨버수의 계산에 사용되는 기체 분사속도는 공기가 분사기끝단에서 대기압 조건인 외부로 분사되는 즉시 그에 해당하는 밀도, ρAIR,amb로 완전히 팽창되었음을 가정하였을 때의 속도, U AIR,amb 로 계산되었으며, 액체 분사속도는 중심액주의 분사속도, U WTR , 특성 길이는 2차원분사기의 폭w로 정의하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
동축형 다공성재 분사기는 리세스 영역-분사기 외부 사이의 압력 차이가 커지는 이유는? 즉, 하류 유동 단면적이 상류 유동 단면적보다 더 크기 때문에 리세스 영역-분사기 외부 사이의 압력 차이가 크지 않다. 반면에, 동축형 다공성재 분사기는 리세스 영역으로 기체가 분사되는 유동 단면적(리세스 영역으로 표면분사 하는 다공성 엘리먼트의 면적)이 분사기 끝단에서 기체가 외부로 분사되는 유동 단면적보다 더넓기 때문에 리세스 영역-분사기 외부 사이의 압력 차이가 커진다. 또한 중심 액체제트를 향해 반경방향 대향류로 분사되는 기체제트가 축방향으로 발달하면서 형성되는 정체영역에서 동압이 정압으로 바뀌게 된다.
전단 동축형 분사기의 특징은? 동축형 다공성재 분사기의 리세스영역에 형성 되는 압력은 전단 동축형 분사기와 큰 차이를 보인다. 전단 동축형 분사기는 리세스 영역으로 기체가 분사되는 유동 단면적(3차원 분사기에서 환형 갭에 해당하는 유동 단면적)이 분사기 끝단 에서 기체가 외부로 분사되는 유동 단면적보다더 좁다. 즉, 하류 유동 단면적이 상류 유동 단면적보다 더 크기 때문에 리세스 영역-분사기 외부 사이의 압력 차이가 크지 않다. 반면에, 동축형 다공성재 분사기는 리세스 영역으로 기체가 분사되는 유동 단면적(리세스 영역으로 표면분사 하는 다공성 엘리먼트의 면적)이 분사기 끝단에서 기체가 외부로 분사되는 유동 단면적보다 더넓기 때문에 리세스 영역-분사기 외부 사이의 압력 차이가 커진다.
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참고문헌 (9)

  1. Lux, J., Suslov, D. and Haidn, O., "Porous Injectors in Cryogenic Liquid Propellant Rocket Engines at Sub- and Super Critical Pressures," 46th AIAA Aerospace Science Meeting and Exhibit, AIAA 2008-947, 2008 

  2. Woodward, R. D., Pal, S., Farhangi, S., Jensen, G. E. and Santoro, R. J., "LOX/GH2 Shear Coaxial Injector Atomization Studies: Effect of Recess and Non- Concentricity," 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, AIAA 2007-571, 2007 

  3. Nunome, Y., Tamura, H., Onodera, T., Sakamoto, H., Kumakawa, A. and Inamura, T., "Effect of Liquid Disintegration on Flow Instability in a Recessed Region of a Shear Coaxial Injector," 45th AIAA/ASME/SAE /ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, AIAA 2009-5389, 2009 

  4. 김도헌, 신정환, 이인철, 구자예, "다공성재를 이용한 동축형 분사기의 미립화특성," 한국액체미립화학회지, 제17권, 제1호, 2012, pp.35-44 

    원문보기 상세보기

  5. Taylor, G. I., "Fluid Flow in Regions Bounded by Porous Surfaces," Proceedings of the Royal Society of London, Series A, Vol. 234, No. 11199, 1956, pp.456-475 

  6. Culick, F. E. C., "Rotational Axisymmetric Mean Flow and Damping of Acoustic Waves in Solid Propellant Rocket Motors," AIAA Journal, Vol. 4, No. 8, 1966, pp.1462-1464 

    상세보기 crossref

  7. Mayer, W. and Kriillet, G., "Rocket Engine Coaxial Injector Liquid/Gas Interface Flow Phenomena," Jounal of Propulsion and Power, Vol. 11, No. 3, 1995, pp.513-518 

    상세보기 crossref

  8. Farago, Z. and Chigier, N., "Morphological Classification of Disintegration of Round Liquid Jets in a Coaxial Air Stream," Atomization and Sprays, Vol. 2, 1992, pp.137-153 

    상세보기 crossref

  9. Nunome, Y., Tamura H., Onodera, T., Sakamoto, H., Kumakawa, A. and Inamura, T., "Effect of Liquid Disintegration on Flow Instability in a Recessed Region of a Shear Coaxial Injector," 45th AIAA/ASME/SAE/ ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, AIAA 2009-5389, 2009 

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