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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 성홍계
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수9
이 논문의 연구 히스토리 (9)
2016
2015
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초임계 환경에서 케로신/산소 연소 시 나타나는 불안정을 예측하고 화염의 늘어남, 소염, 재점화 그리고 화염의 lift-off를 구현할 수 있는 FPV방법을 이용한 LES 모델링 기법을 제시하였다. 본 연구에서는 Favre 평균된 질량, 운동량, 에너지, 혼합분율, progress variable 평형 방정식을 사용하였으며 동적 Smagorinsky 모델을 적용하였다. 초임계 환경에서 나타나는 열역학적 물성치와 전달 물성치를 고려하기 위하여 RK-PR 실기체 상태방정식과 이를 기반으로한 열역학 관계식을 사용하였으며 점성과 전도에 대해서는 고압조건의 Chung의 모델을 사용하였으며 확산항에 대하여는 압축성을 고려하기 위해 Fuller의 이론에 Takahashi의 수정식을 적용하였다. Flamelet library를 구성하기 위해 화염편 방정식에 실기체 상태방정식과 이를 기반으로 한 열역학 관계식을 적용하였다. 공간에 대하여 4차 정확도를 갖는 중심 차분법을 사용하고 시간에 대하여 4차 Runge-Kutta 기법을 사용하였다. 또한 초임계 환경에서는 밀도의 범위가 100배까지 차이가 나기 때문에 이로 인해 수치적 불안정이 발생할 수 있다. 이러한 한계를 극복하고 계산의 안정성과 수렴성을 향상시키기 위하여 예조건화 기법과 이중 시간전진 기법을 사용하였다.
본 연구에서는 난류연소 모델로 flamelet progress variable을 적용하였다. 이 모델은 S모양 곡선에서 안정 연소구간만을 고려할 수 있는 정상 화염편 모델과는 달리 S모양 곡선의 전체를 고려할 수 있기 때문에 안정 및 불안정 연소를 모두 다룰 수 있고 순수 혼합, 재-점화나 소염과 같은 현상들을 모두 포착할 수 있다.
실제 케로신은 수백 수천가지의 반응식과 수백가지의 화학종으로 이루어져 있다. 수 많은 반응식들을 모두 풀기에는 계산 하중이 매우 크기 때문에 이를 대체할 수 있는 대체모델(surrogate model)을 사용하였다. 본 연구에서는 케로신의 대체모델로 JP-10모델을 사용하였다. 이 모델을 이용하여 flamelet library를 구성하였으며 이를 바탕으로 초임계 환경에서 전단 분사기 스플리터에 대한 비반응 해석과 연소해석을 수행하였다. 비-반응에서 와류의 생성 과정과 산화제와 연료의 거동을 연소해석과 비교하였다. 연소 해석의 경우 혼합분율에 따라 화학종들이 가장 강한 화염의 값부터 순수 혼합까지 분포하는 결과를 얻었으며 스플리터 팁에서 화염이 안착되는 메커니즘에 관하여 연구하였다.
본 연구에서는 난류연소 모델로 flamelet progress variable을 적용하였다. 이 모델은 S모양 곡선에서 안정 연소구간만을 고려할 수 있는 정상 화염편 모델과는 달리 S모양 곡선의 전체를 고려할 수 있기 때문에 안정 및 불안정 연소를 모두 다룰 수 있고 순수 혼합, 재-점화나 소염과 같은 현상들을 모두 포착할 수 있다.
실제 케로신은 수백 수천가지의 반응식과 수백가지의 화학종으로 이루어져 있다. 수 많은 반응식들을 모두 풀기에는 계산 하중이 매우 크기 때문에 이를 대체할 수 있는 대체모델(surrogate model)을 사용하였다. 본 연구에서는 케로신의 대체모델로 JP-10모델을 사용하였다. 이 모델을 이용하여 flamelet library를 구성하였으며 이를 바탕으로 초임계 환경에서 전단 분사기 스플리터에 대한 비반응 해석과 연소해석을 수행하였다. 비-반응에서 와류의 생성 과정과 산화제와 연료의 거동을 연소해석과 비교하였다. 연소 해석의 경우 혼합분율에 따라 화학종들이 가장 강한 화염의 값부터 순수 혼합까지 분포하는 결과를 얻었으며 스플리터 팁에서 화염이 안착되는 메커니즘에 관하여 연구하였다.
목차
요 약 I목 차 II그림목록 III표 목 록 IV기호목록 V제 1 장 서론 11.1 연구 배경 11.2 연구 목적 3제 2 장 이론적 수식 42.1 지배방정식 42.2 난류항 정리 : Large Eddy Simulation (LES) 72.2.1 Filtering 과정 92.2.2 Filtered 지배 방정식 102.2.3 아격자 스케일 모델 132.2.3.1 SGS 모델 : 대수적 Smagorinsky 모델 142.2.3.2 SGS 모델 : 동적 Smagorinsky 모델 162.2.4 실 기체 상태 방정식과 열역학적 관계식 182.2.4.1 Redlich-Kwong Peng-Robinson 상태방정식 192.2.4.2 열역학적 관계식 202.3 난류 연소 모델 252.3.1 난류 연소 모델 : Steady flamelet model 262.3.2 난류 연소 모델 : Flamelet Progress variable 모델 29제 3 장 수치 기법 313.1 3차원 지배방정식 313.2 공간 이산 : 유한 체적 접근법 323.3 시간 이산 363.4 공간 이산 38제 4 장 결과 및 고찰 394.1 Flamelet library 394.1.1 압력에 다른 S모양 곡선 404.1.2 화염 상태에 따른 화학종 분포 414.1.3 Flamelet library 구성 434.2 전단 분사기 혼합 및 연소 474.2.1 해석 모델 474.2.2 유동 해석 결과 484.2.3 연소 해석 결과 504.2.4 화염 안착 및 안정 55제 5 장 결론 57참고 문헌 59Summary 65
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