초록 ▼

Ⅰ. 연구결과 요약문

성능을 높이기 위해 임계압력 조건을 넘어서는 높은 압력에서 작동하는 시스템에 대한 분석은 작동유체가 이상기체 상태방정식을 따르지 않고 유체는 액체의 밀도크기를 가지면서 기체처럼 거동하기 때문에 특별한 상태방정식에 대한 처리와 물성치 (밀도, 점성계수, 비열계수, 열전도계수 등)를 얻어낼 수 있는 프로그램이 필요하다. 본 연구에서는 초임계 압력조건의 유체에 대한 열역학적인 물성치, 점성계수, 열전도도 등을 예측할 수 있는 예측프로그램 개발을 개발하였고 3종류의 상태방정식 이상기체방정식, Peng-Ro

Ⅰ. 연구결과 요약문

성능을 높이기 위해 임계압력 조건을 넘어서는 높은 압력에서 작동하는 시스템에 대한 분석은 작동유체가 이상기체 상태방정식을 따르지 않고 유체는 액체의 밀도크기를 가지면서 기체처럼 거동하기 때문에 특별한 상태방정식에 대한 처리와 물성치 (밀도, 점성계수, 비열계수, 열전도계수 등)를 얻어낼 수 있는 프로그램이 필요하다. 본 연구에서는 초임계 압력조건의 유체에 대한 열역학적인 물성치, 점성계수, 열전도도 등을 예측할 수 있는 예측프로그램 개발을 개발하였고 3종류의 상태방정식 이상기체방정식, Peng-Robinson EOS, Soave-Redlich-Kwong EOS을 CFD코드에 적용하는 체계가 확립되었다. 초임계 상태의 액체 (LN2, LOx, LH2)에 대한 물성치의 database화하였고 NIST데이터와 비교하여 타당성을 검토한 결과 매우 우수한 결과를 보여주었다.
개발된 프로그램은 입력조건을 일반화하여 액체질소, 액체산소 등 초임계 유체가 변하더라도 같은 방법으로 적용이 가능한 상태이다. 기존의 난류유동, 난류열전달, 난류연소를 해석할 수 있는 in-house코드에 물성치 예측프로그램을 결합하여 실제유체 상태방정식을 이용한 RANS/LES 유동해석 코드를 개발하였다. 이러한 실제유체 상태방정식이 도입된 CFD코드를 완전히 발달된 덕트에 적용한 결과 DNS와 실험데이터와 매우 좋은 일치를 보여주었다.
많은 열교환기의 기본 형상인 곡관에 대한 난류열전달 해석이 수행되어 실험결과와 좋은 일치를 보여주었고 단면형상 변화에 따른 난류 와유동 구조가 분석되었다. 초임계 압력조건에서 작동유체가 액체수소, 액체질소, 액체산소 등으로 변할 때 난류열전달 LES해석 방법이 확립되어 초임계 유체에 대한 열전달 특성이 제시되었다. 마지막으로 액체로켓의 재생냉각채널에 대해 형상과 벽면 열전달조건이 변할 때 난류열전달에 대한 해석이 수행되었고 연소기 내부의 열유속조건에 직접적인 영향을 줄 수 있는 초임계 조건에서 화학종의 변화를 예측하는 해석알고리듬에 대한 검토가 수행되었다. 또한 작동유체가 공기, 수소로 변할 때 난류 열전달의 특성을 검토하였다.