배기 플룸에 의한 로켓 기저부 가열 예측 및 로켓 플룸의 적외선 신호를 분석할 때 플룸의 열유동장에 대한 정보가 요구된다. 본 논문에서는 CFD 상용프로그램인 Fluent를 이용하여 고체 로켓모터의 배기 플룸해석 연구를 수행하였다. 고도에 따른 대기압 변화에 의한 플룸의 형상 변화를 고려하였고, 로켓 배기 플룸에서 불완전 연소된 화학종들이 대기 중의 산소와 반응하여 재연소하는 후연소를 고려하였다. 또한, DPM을 이용하여 고체 입자의 크기에 따른 입자의 거동을 분석하였다. 고도가 증가함에 따라 대기 압력이 낮아지고 로켓 플룸의 과소팽창 효과의 증가로 인하여 플룸의 크기가 커지고, 작은 크기의 고체 입자일수록 반경방향으로 보다 넓게 분포하고 크기가 큰 입자일수록 상대적으로 큰 관성력으로 인해 플룸 중심부에 집중되는 것을 확인하였다. 또한, 후연소에 의해 플룸의 혼합층에서 국부적인 온도 상승이 발생하고 플룸의 크기가 커짐과 함께 노즐 입구에 존재하지 않는 화학종인 OH가 플룸에서의 화학반응으로 인해 생성됨을 확인하였다.
For the prediction of the rocket base heating and infrared signature from the exhaust plume of the solid rocket motor, it is highly needed to analyze the thermal flow field of the exhaust plume. In this work, therefore, the exhaust plume of the solid rocket motor was analyzed using the commercial CFD code, Fluent with different operating and environmental situations. Firstly, basic conditions of altitude was incorporated with afterburning of the incompletely combusted fuel components in the combustion chamber with detailed reaction chemistry. Also, the behavior of the particles binding the solid propellant was analyzed using the DPM. As altitude increases, due to the atmospheric pressure change and the under-expansion effect it can be found that the plume size is increased. Also, it was confirmed that the smaller particles are distributed more widely in the radial direction and the larger particles are concentrated in the center of the plume due to the relatively large inertia, and a local temperature rise is occurred in the mixing layer of the exhaust plume due to afterburning and increased the size of the plume. Finally, it is noted that OH radical, a chemical species that did not exist at the nozzle inlet, was generated by chemical reaction.