| 초록 |
본 논문에서는 유한차분 방법(finite difference method)을 이용하여, 내부 저항력이 작고, 매끄러운 통로를 가지고 및 등유 연료를 사용하는 스크램제트 연소실의 초음속 유동장에 대한 수치 시뮬레이션을 진행하였다. 비점성 유동(inviscid flux)에 대하여 3단계 가중 기본 비진동(weighted essentially non-oscillatory, WENO) 방식을 이용하고, 난류(turbulent) 모델은 전단 응력 전송(shear stress transport, SST) k- omega; 모델을 이용하였으며, 등유(C 12 H 23 )/공기 반응 모델은 단일 단계(single step) 화학 동역학 모델을 이용하였다. 연소실 측벽면을 따라 벽면 정적 압력에 대한 계산 결과와 실험에서 얻은 결과를 비교 분석한 결과 잘 일치하였기에, 이러한 알고리즘으로 등유 연료를 사용하는 연소실의 초음속 연소에 대한 수치 시뮬레이션을 수행하는데 적용할 수 있었다. 연소실 공기 흐름의 정적 온도, 연료/공기 당량비(equivalence ratio) 및 분사 위치가 등유 초음속 유동 및 연소에 미치는 영향을 연구하였다. 계산 결과, 분사 노즐의 측벽면 경계층 근처에서 연소가 집중되었고, 점화 위치가 로컬(local) 정적 온도에 매우 민감한 영향을 주었다. 공기 흐름의 정적 온도의 감소, 연료/공기 당량비의 감소 및 연소실 확장 각도의 증가에 따라, 연소 효율이 떨어짐과 동시에, 연소 성능도 내려갔으며, 점화 위치를 연소실 배출구 방향으로 점진적으로 이동하였더니, 연소에 의해 생성된 충격파 트레인(shock train) 구조가 소실되었다. 연소실 상부 및 하부(upper and lower) 벽면의 연료 분사 노즐을 교차적으로 배치하였더니, 연소 효율을 효과적으로 향상시켰다. 이러한 것을 토대로, 초보적으로 매끄러운 통로를 가진 연소실 내부의 등유 점화 연소에 대한 임계 조건을 얻었다. |
