초록 ▼

액체 추진 로켓엔진에서 재생냉각 시스템은 엔진의 구조물을 보호하고, 엔진의 효율을 높이는데 효과적인 냉각방식이다. 이에 2차원 및 3차원 재생냉각 해석코드를 개발하여 액체 로켓엔진에 도입된 재생냉각 특성에 영향을 미치는 주요변수들에 대해 해석해보았다. 재생냉각에서 가장 중요한 열특성 인자는 노즐벽면의 온도분포이고 이때의 최고온도가 재료의 허용온도 범위 안에 있어야 한다. 재생 냉각 열전달 해석에 적용된 주요변수로는 냉각채널 내 냉각제의 유량, 채널의 높이, 채널의 너비, combustion liner의 두께, 냉각채널의 개수, 압력

액체 추진 로켓엔진에서 재생냉각 시스템은 엔진의 구조물을 보호하고, 엔진의 효율을 높이는데 효과적인 냉각방식이다. 이에 2차원 및 3차원 재생냉각 해석코드를 개발하여 액체 로켓엔진에 도입된 재생냉각 특성에 영향을 미치는 주요변수들에 대해 해석해보았다. 재생냉각에서 가장 중요한 열특성 인자는 노즐벽면의 온도분포이고 이때의 최고온도가 재료의 허용온도 범위 안에 있어야 한다. 재생 냉각 열전달 해석에 적용된 주요변수로는 냉각채널 내 냉각제의 유량, 채널의 높이, 채널의 너비, combustion liner의 두께, 냉각채널의 개수, 압력강하 등이 있으며, 각 주요 변수에 따른 노즐 벽면의 온도분포를 알아보았다.
우선, 냉각채널 내 냉각제의 유량이 감소함에 따라 노즐 목에서의 벽면온도는 증가하는 경향을 보였다. 그리고 채널의 높이 및 너비가 감소함에 따라 벽면온도는 감소하는 경향을 나타냈으며, 이는 냉각채널에서 채널의 높이가 감소하면 채널의 단면적이 감소하게 되어 유속이 증가하는데 기인한다. 또한 combustion liner의 두께가 증가하면 노즐벽면으로의 열전달이 감소하게 되어 벽면온도가 증가하게 되고, 마지막으로 일정한 총 냉각유량과 단면적을 가지는 냉각채널의 경우, 냉각채널의 개수가 증가함에 따라 벽면온도는 증가하는 경향을 보였다. 하지만, 냉각채널의 냉각제의 흐름에 따른 노즐벽면으로의 열전달을 고려할 때 압력강하도 또한 고려해야 함을 확인하였다.

Abstract ▼

$\circ$ Evaluation of characteristic factors and qualitative analysis of regenerative cooling system
- Analysis on the correlation equations of the combustion chamber and the coolant channel by reviewing literatures
- Numerical simulation and analysis on the wall temperature of the

$\circ$ Evaluation of characteristic factors and qualitative analysis of regenerative cooling system
- Analysis on the correlation equations of the combustion chamber and the coolant channel by reviewing literatures
- Numerical simulation and analysis on the wall temperature of the combustion chamber
- Adaptation of the 1D and 2D numerical analysis to regenerative cooling heat transfer
$\circ$ Development of 2D and 3D solvers to analyze regenerative cooling system
- Development of 2D solvers on the assumption that the flow is axisymmetric and in steady state
- The flow in the coolant channel is one dimensional.
- The turbulent model properly simulates the infernal flow of nozzle.
- A three-dimensional finite difference conduction solver for 3D analysis sin tar to RTE code of NASA is developed.
$\circ$ Analysis on the effects of the major parameters using the present method involves.
- Wall temperature distributions along the nozzle are obtained in terms of the change of major factors such as coolant mass flow rate, conditions in the combustion chamber and shapes of the coolant channel, the number of coolant channels.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 보고서 초록...3
• 요약문...4
• SUMMARY...8
• CONTENTS...10
• 목차...12
• 제 1 장 연구개발과제의 개요...14
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...16
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...17
• 제 1 절 서론...17
• 제 2 절 1차원 재생냉각 해석...18
• 제 3 절 2차원 재생냉각 해석...21
• 1. 지배방정식 및 수치기법...21
• 가. 노즐 내 유동장...21
• 나. 노즐 구조물의 열전달 해석...26
• 다. 냉각 채널에서의 열전달...26
• 2. 경계조건...27
• 가. 연소실 및 노즐내 유동장...27
• 나. Combustion liner의 온도장...27
• 다. 냉각 채널...28
• 3. 결과 및 분석...28
• 제 4 절 3차원 재생냉각 해석...36
• 1. 지배방정식 및 수치기법...36
• 가. 노즐 내 유동장...36
• 나. 노즐 구조물의 열전달 해석...36
• 다. 냉각 채널에서의 열전달...37
• 2. 경계조건...38
• 가. 연소실 및 노즐내 유동장...38
• 나. Combustion liner의 온도장...38
• 다. 냉각 채널...38
• 3. 결과 및 분석...38
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...51
• 제 1 절 1차년도 연구목표 및 달성도...51
• 제 2 절 2차년도 연구목표 및 달성도...52
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...53
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...54
• 제 7 장 참고문헌...56