초음속 유동장 내 이중 수직분사의 특성에 관한 연구 I-혼합특성

Abstract

단일 분사 노즐을 갖는 연소기 내부의 혼합과정에 대한 이해를 바탕으로 연료 분사 노즐을 이중으로 갖는 연소기의 혼합과정에 대한 수치연구를 수행하였다. 수치연구를 위하여 3차원 Navier-Stokes 방정식과 k-<TEX>$\omega$</TEX> SST난류 모델을 이용하여 연료 이중 분사 유동을 모사하였다. 이중 분사구 사이의 거리 변화에 따른 혼합특성의 변화를 살펴보기 위하여 파라메터 연구를 수행하였다. 연료 이중 수직분사에서 두 분사기의 유동 및 혼합특성은 서로 상당히 다른 경향을 보이며, 후방 분사기의 유동 및 혼합특성은 전방 분사류의 영향을 받아 더 크게 팽창하고 침투거리가 증가하는 것으로 나타났다. 어떤 특정 거리가 되기 전까지 분사기 사이의 거리가 증가할수록 전체적인 혼합률과 침투거리가 증가하는 등 혼합특성이 개선되지만, 특정 거리보다 크게되면 오히려 혼합특성이 악화되는 것으로 나타났다. 이는 이중분사기에서 최적인 혼합특성을 위한 두 분사기 사이의 거리가 존재함을 의미하는 것으로 판단된다. Based on the analyses of the single transverse injection in supersonic flow fields, the mixing characteristics of dual transverse injection of hydrogen in supersonic air flow are studied with computational methods. Three-dimensional Navier -Stokes and the k-<TEX>$\omega$</TEX> SST turbulence model were used. A parametric study is conducted with the variation of the distance between two injectors. The flow patterns and the mixing characteristics of two injection flows are very different from each other, and the flow patterns and the mixing characteristics of the rear injection flow are strongly influenced by those of the first injection flow. The increase of the distance between two injectors up to a specific distance results in the increase of mixing rate and penetration of fuel. However, the increase of the distance over the specific distance results in the decrease of mixing rate and penetration of fuel. From the results it can be stated that there exists a distance between two injectors for optimum mixing characteristics.