초록 ▼

본 연구를 통해 액체로켓 극저온 연료 탱크 내부에서 나타나는 복잡한 물리현상을 수치적으로 구현하기 위해 필요한 다양한 기술들을 확보하였다.
∙ 축대칭 2차원 다상유동 수치 모델링 및 해석 프로그램 개발
∙ 극저온 유체의 저임계 및 초임계 상태를 모두 포함하는 물성 모델
∙ 압축성과 비압축성 영역을 모두 해석할 수 있는 정상/비정상 예조건화 기법
∙ 다양한 중력환경 및 가속도 변화 모사
∙ 가압가스 주입 및 외부 열원 작용을 모사할 수 있는 경계조건 수치 모델링
∙ 공동현상과 비등현상을 모

본 연구를 통해 액체로켓 극저온 연료 탱크 내부에서 나타나는 복잡한 물리현상을 수치적으로 구현하기 위해 필요한 다양한 기술들을 확보하였다.
∙ 축대칭 2차원 다상유동 수치 모델링 및 해석 프로그램 개발
∙ 극저온 유체의 저임계 및 초임계 상태를 모두 포함하는 물성 모델
∙ 압축성과 비압축성 영역을 모두 해석할 수 있는 정상/비정상 예조건화 기법
∙ 다양한 중력환경 및 가속도 변화 모사
∙ 가압가스 주입 및 외부 열원 작용을 모사할 수 있는 경계조건 수치 모델링
∙ 공동현상과 비등현상을 모사할 수 있는 상태변화 모델
∙ 2차원 표면장력 모델
∙ 발사체의 임무 수행 환경을 모두 고려한 축대칭 2차원 탱크 내부 유동 해석과 이를 통한 연료 잔량 예측 기술

(출처 : 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

Ⅳ. Results
A variety of techniques to numerically simulate complex physical flow phenomena inside the cryogenic fuel tank have been obtained.
• Numerical modelling of 2-D axisymmetric multi-phase flows including non-condensable gas phase and the development of the program
• Setting up mate

Ⅳ. Results
A variety of techniques to numerically simulate complex physical flow phenomena inside the cryogenic fuel tank have been obtained.
• Numerical modelling of 2-D axisymmetric multi-phase flows including non-condensable gas phase and the development of the program
• Setting up material properties of cryogens covering comprehensive range from subcritical to supercritical regime
• Application of steady/unsteady preconditioning to solve both compressible and incompressible flows
• Numerical modelling to simulate varying acceleration
• Application of boundary conditions for heat sources and mass flow rate
• Numerical modelling for the phase change
• Application of 2-D surface tension model with surface capturing
• Numerical analysis for the internal flow of cryogenic tank following the mission scenario of launcher and the prediction of the fuel residual

(출처 : SUMMARY 7p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 6
• CONTENTS ... 8
• 목차 ... 11
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 14
• 제 1 절 연구개발의 필요성 ... 14
• 1. 연구개발의 필요성 ... 14
• 2. 기술의 경제 산업적 중요성 ... 15
• 3. 사회 문화적 중요성 ... 15
• 제 2 절 연구개발의 목적 ... 16
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 17
• 제 1 절 해외 연구 수준과 국내 수준의 비교 ... 17
• 제 2 절 국내외 연구현황 ... 18
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 19
• 제 1 절 개요 ... 19
• 제 2 절 수치모델 정립 ... 22
• 1. 다상유동 수치모델링 연구 ... 22
• 2. 예조건화 기법 도입 (Preconditioning) ... 32
• 3. 축대칭 2차원으로 확장 ... 39
• 4. 상태변화 모델 적용 ... 41
• 5. 2차원 상 경계면 포착 및 표면장력 모델링 ... 44
• 6. 가속도 소스항 적용 ... 53
• 제 3 절 극저온 추진제 및 가압가스 물성치 모델링 정립 ... 54
• 1. 극저온 유체 및 가압가스의 상태방정식 조사 ... 54
• 2. Mixing rule ... 59
• 3. 본 연구에서의 상태방정식 적용 ... 61
• 제 4 절 검증 문제 ... 72
• 1. 압축성 수중 폭발 문제 ... 72
• 2. 전 마하수 혼합류 범프 문제 ... 74
• 3. 2-D axi-symmetric hemispherical forebody problem (Rouse problem) ... 76
• 4. Hords hydrofoil problem ... 80
• 5. 비정상 vortex propagation 문제 ... 87
• 6. Oscillating back pressure in a pipe ... 91
• 7. Rudmans translation test ... 93
• 8. Equilibrium rod ... 96
• 9. Bubble rising ... 98
• 10. 2-D Sloshing ... 107
• 제 5 절 액체로켓 극저온 탱크 해석 ... 111
• 1. 가압가스 주입에 따른 active pressurization ... 111
• 2. 비등현상에 따른 self-pressurization ... 126
• 제 6 절 KSLV-II 3단 산화제 탱크 해석 ... 143
• 1. KSLV-II 3단 산화제 탱크 형상 및 운용 조건 ... 143
• 2. 결과 해석 ... 146
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 156
• 제 1 절 연구개발의 최종목표 ... 156
• 제 2 절 연차별 연구개발 목표 및 내용 ... 156
• 제 3 절 계획대비 달성도(선정시 제시된 연구목표) ... 158
• 1. 계획대비 달성도 ... 158
• 2. 세부연구목표 변경 표 ... 162
• 제 4 절 세부연구목표 및 가중치 ... 163
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 164
• 제 1 절 추진제 탱크 내부 유동해석기술 ... 164
• 1. 우주 발사체 개발 ... 164
• 2. 민간사업 ... 164
• 3. 국방사업 ... 164
• 제 2 절 다상유동 모델링 및 해석 기술 ... 164
• 1. 우주 발사체 개발 ... 164
• 2. 민간사업 ... 164
• 3. 국방사업 ... 164
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 165
• 제 7 장 국가과학기술종합정보서비스 등록 연구시설·장비 현황 ... 167
• 제 8 장 참고문헌 ... 168
• 끝페이지 ... 173