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금속입자 첨가에 따른 모사젤 추진제의 표면장력 변화
Surface Tension Change of Simulant Gel Propellant according to the Metal Particle Addition 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.21 no.3, 2017년, pp.34 - 40  

김계환 (Graduate School of Aerospace and Mechanical Engineering Korea Aerospace University) ,  김시진 (Graduate School of Aerospace and Mechanical Engineering Korea Aerospace University) ,  한승주 (Graduate School of Aerospace and Mechanical Engineering Korea Aerospace University) ,  김진곤 (School of Aerospace and Mechanical Engineering, Korea Aerospace University) ,  문희장 (School of Aerospace and Mechanical Engineering, Korea Aerospace University)

초록
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본 연구에서는 모사젤 추진제의 표면장력적환법(Du $No{\ddot{u}}y$ ring method)을 이용하여 측정하고 젤화제 및 금속입자 첨가량에 따른 표면장력 변화를 분석하였다. 금속입자 첨가에 따른 영향을 파악하기 위해 증류수를 기반유체로 그리고 젤화제는 Carbopol 941을 사용하였으며, 금속입자로는 평균입도 100 nm의 구형 스테인리스 304 입자를 사용하였다. 측정결과, 표면장력은 젤화제의 첨가량 증가에 따라 증가하였으나, 모사젤 추진제 내에 금속입자 첨가에 따른 표면장력은 다른 경향을 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, the surface tension of simulant gel propellants was measured by Du $No{\ddot{u}}y$ ring method. The variation of the surface tension was investigated with respect to the amount of the gelling agent, and metal particle addition. Distilled water was used as the base fluid for...

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  • 선행연구에서 물의 표면장력을 모사젤 추진제의 표면장력으로 사용한 이유는, 젤화제의 함유량이 크지 않아 기반유체에 비해 표면장력의 차이가 크지 않다고 가정하였고, 젤화 과정을 통해 높아진 점도와 항복응력과 같은 유변학적 물성치를 고려한 측정방법의 부재와 실험결과에 대한 불확도가 크기 때문이다[5].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
젤 형태의 추진제의 특징은 무엇인가? 젤화제로 구성된 콜로이드 네트워크 구조는 외부 자극에 의해 쉽게 파괴되며 시간이 지난 뒤 네트워크 구조를 다시 구성하는 특징이 있다. 이로 인해 젤 형태의 추진제는 기반유체인 액체 추진제 대비 점도가 증가하고 유변학적 성질이나타나는 등 비뉴턴 유체의 거동특성으로 변화하게 된다.
젤 형태의 추진제의 점도의 증가의 장단점은 무엇인가? 대표적인 장점으로 액체 추진제 대비 고 점도인 젤 추진제는 누수로 인한 폭발사고의 위험을 방지할 수 있으며 입자의 첨가 및 분산이 용이하다는 점이 있다. 그러나 점도의 증가로 인해 연료 공급단계에서 높은 공급압력이 요구되며 젤화 과정에서 발생하는 전단박화 비뉴턴 거동 특성으로 인하여 공급유량의 변화에 따라 공급되는 추진제의 점도가 다르게 된다. 이와 같은 비뉴턴 거동특성은 미립화 성능의 예측을 어렵게 하며, 젤화제 및 첨가물 함량변화에 따라 변화하는 미립화와 관련된 물성치 또한 문제가 된다. 이와 같은 문제점을 극복하고 젤 추진제를 활용하기 위해 전단박화 비뉴턴 유체를 이용한 충돌형 분사기 및 동축형 분사기에서의 분무 및미립화 특성에 관한 연구가 국내외에서 진행되고 있다[1-5].
젤 상태의 특징은 무엇인가? 젤(gel) 형태의 추진제는 액체 추진제를 기반으로 하여 젤화제(gellant)를 첨가 및 교반하여 얻을 수 있는 추진제의 한 종류이다. 젤 상태(gel-phase)의 가장 큰 특징은 젤화 단계에서 유체내부에 형성되는 젤화제로 이루어진 콜로이드 네트워크 구조(colloidal network structure)이다. 젤화제로 구성된 콜로이드 네트워크 구조는 외부 자극에 의해 쉽게 파괴되며 시간이 지난 뒤 네트워크 구조를 다시 구성하는 특징이 있다.
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참고문헌 (9)

  1. Natan, B. and Rahimi, S., "The Status of Gel Propellants in Year 2000," Combustion of Energetic Materials, Vol. 5, Issue. 1-6, pp. 172-194, 2002. 

  2. Farago, Z. and Chigier, N., "Morphological classification of disintegration of round liquid jets in coaxial air stream," J. Atomization and Sprays, Vol. 2, Issue 2, pp. 137-153, 1992. 

  3. Baek, G.H., "Rheological Properties and Atomization Characteristics of Carbopol Gel Containing Nano-size Particles," Korea University a Doctor's Thesis, 2011. 

  4. Ciezki, H.K., Negri, M., Hurttlen, J., Weiser, V., Naumann K.W. and Ramsel, J., "Overview of the German Gel Propulsion Technology Program," 50th AIAA/ASME/ SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, Claveland, O.H., AIAA 2014-3794, Jul. 2014. 

  5. Han, S.J., "Disintegration and Atomization Behavior of Gel Propellant using Shear Coaxial Injector," Korea Aerospace University a Master's Thesis, 2015. 

  6. Lee, J.H., Kwon, Y.J. and Choi, S.Y., "Apparatus and method for measuring surface tension," patent application WO2013100244 A1, 2013. 

  7. Pallas, N.R. and Harrison, Y., "An Automated Drop Shape Apparatus and the surface Tension of Pure Water," Colloids and Surfaces, Vol. 43, Issue 2, pp. 169-194, 1990. 

  8. Baek, G.H. and Kim, C.Y., "Rheological properties of Carbopol containing nanoparitcles," J. Rheol., Vol. 55, Issue 2, pp. 313-330, 2011. 

  9. Oppong, F.K., Rubatat, L., Frisken, B.J., Bailey, A.E. and de Bruyn, J.R., "Microrheology and structure of a yield-stress polymer gel," Physical Review, Vol. 73, Issue 4, 2006. 

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