Abstract
To understand the role of helical geometry on the regression rate enhancement, two competing underlying mechanisms such as turbulence enhancement and swirling motion production were studied by numerical calculations. Experimental results showed that the enhancement of heat transfer rate has the very close relation to the increase in regression rate even though the percentage of increase in heat transfer rate is different from that in regression rate. This discrepancy is presumably due to the change of turbulent flow feature caused by so-called "blowing mass flux" from the fuel surface. In this regard, the results of RANS calculation show that the blowing velocity is responsible for the reduction of the swirl generation and the increase in the turbulent kinetic energy. And the dominancy of one of the mechanisms causes the increase in the regression rate. Meanwhile, the increase in turbulent kinetic energy due to the mixing of blowing flow and free stream flow does not contribute for the enhancement of the heat transfer rate to the surface because the blowing flow pushes boundary layer away from the solid surface.
하이브리드 로켓 연료의 연소율 향상을 위한 나선형 홈이 유동 특성에 미치는 영향을 규명하기 위하여 난류 증가와 선회 유동 발생에 대한 수치계산을 수행하였다. 나선형 튜브의 열전달 관계식을 이용하여 여러 형상의 나선형 홈이 있는 연료의 열전달 향상을 예측하였으며 연소율 측정값과 비교하여 상호 연관성을 확인하였다. 실험 결과와 열전달 향상 예측 값은 동일한 경향을 나타내더라도 수치는 큰 차이를 나타냈는데 이것은 연료가 연소하기 위하여 기화할 때 발생하는 분출속도가 존재하기 때문이다. 분출효과를 고려하여 RANS 계산을 수행한 결과, 난류에너지는 상당히 증가한 반면 선회 수는 조금 증가하는 결과를 보여 주었다. 그럼에도 불구하고 나선형 홈에 의한 난류 증가 또는 선회유동 생성은 연소율을 증가시키는 중요한 메커니즘임이 밝혀졌다. 그러나 분출로 인하여 난류에너지가 증가되어도 열전달 향상에 기여하지 못하는 것으로 확인되었는데 이것은 분출 속도가 표면의 경계층을 밀어내어 대류 열전달이 증가되는 것을 차단하기 때문인 것으로 밝혀졌다.
