이중 충돌제트의 혼합 성능 연구

Abstract

이중 충돌형(unlike doublet impinging) 분사기의 직경변화에 따른 혼합특성을 모사 추진제에 의한 실험적인 방법으로 연구하였다. 분사유동은 레이놀즈수 2,500부터 12,000 사이의 난류제트를 사용하였으며, 분사공 직경 비를 1부터 1.5까지 확대시켜 직경변화에 따른 혼합특성을 고찰하였다. 분사공의 형상변수는 최적의 혼합특성을 갖는 설계치로 고정하였으며, 대기압 하의 분사유동장의 공기역학적 영향은 배제하였다. 매개변수로서 운동량비를 사용하여 혼합효율의 변화(mixing doublet impinging)를 고찰하였으며, 패터네이터(patternater)를 사용하여, 연료와 산화제의 국소 질량분포 측정 및 혼합비 분포를 측정하였다. 운동량비와 혼합효율의 상관성을 침투정도로 고려하여 연료와 산화제의 속도비와 혼합효율의 상관성을 고찰하였다. 분사공 직경이 증가됨에 따라 최대 혼합효율점이 운동량비가 증가되는 방향으로 이동함을 보였으며, 연료와 산화제의 속도 비 0.65~0.7영역에서 분사공 직경변화와 무관하게 혼합효율이 최대가 되었다. 또한 혼합효율은 추진제의 분사 충돌 시 상대제트의 침투 깊이 정도에 따라 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. Experiments to investigate the mixing performance of unlike doublet impinging jets are conducted. Reynolds number of simulants used in this study rages from 1.0 to 1.5 Cold flow test is performed to investigate the hydrodynamic effect and spray of the impinging jets are collected locally and calculated by using Rupe's mixing efficiency equation. Momentum exchanges and relative velocity ratio between two jets are taken as the main parameter to represent the effect of enlargement of the orifice diameter. As diameter ratio increases, the corresponding momentum ratio where maximum mixing efficiency occurs and relative velocity at the maximum mixing efficiency ranges 0.6 to 0.7, respectively. Penetration depth can be taken as a prominent parameter to estimate the mixing efficiency.