Single Port 하이브리드 로켓의 고체연료 물질전달수(B Number)를 고려한 연소특성 연구

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하이브리드 로켓 고체 연료의 연소율(Burning Rate)을 묘사하는 후퇴율은 연료 유속, 산화제 유속과 더불어 연료길이의 함수로 나타내어지나 일반적으로 가장 영향이 큰 산화제 유속만의 함수로 모델링된다. 그러나 이는 연료가 갖고 있는 고유의 열화학적 특성에 대한 영향이 내포되어 있지 않아 다양한 연료에 대한 공통된 관계를 나타내기 어렵다. 본 연구에서는 고체연료의 열화학적 특성과 연소에 따른 공기역학적 특성이 고려된 물질전달수(B Number)를 도입하여 다양한 연료에 공통으로 사용될 수 있는 연소율 관계식을 제시하고, 물질전달수 내의 공기역학적 특성의 영향을 분석하였다. 물질전달수와 산화제 유속의 함수로 표현된 연소율 식은 고정된 실험 지수항과 상수항으로 PMMA, PP 및 PE의 연소율을 모두 묘사할 수 있었고, 연소율 관계식에서 B Number에 내포된 공기역학적 효과는 미미하였다. Most of burning rate models used in hybrid combustion depend solely on oxidizer flux. But this empirical relation can not represent well the important effect of the thermo-chemical properties of solid fuel and thereby requires different value of empirical exponent and constant for each fuel considered. In this study, a new burning rate correlation was proposed using the mass transfer number(B number) which encompasses the thermochemistry effect of solid fuel and the aerodynamic effect caused by the combustion on the solid fuel surface where the effect of aerodynamic property in the mass transfer number was studied. The PMMA, PP, and PE were chosen as fuel, and gas oxygen as oxidizer. The new empirical burning rate expression depending on both the oxidizer flux and the mass transfer number was able to predict the burning rate of each fuel with just a single exponent value and constant, and it was found that the aerodynamic effect on the blowing effect did show a minor effect on the burning rate correlation.