분무가시화를 통한 분위기 압력 및 인젝터 가이드 길이 변화에 따른 거시적 분무 특성에 관한 실험적 연구

Abstract

본 연구에서는 정적 연소기를 이용한 분무가시화에서 분위기 압력이 증가할 때의 거시적 분무 특성을 통해 분사 초기 분무의 거동을 관찰하였고, 기체 연료가 고압으로 분사될 때 발생하는 초음속제트의 영향으로 인한 유동 정체가 인젝터 가이드 길이의 연장에 따라 해소되는지 관찰하였다. 또한 연료의 온도가 분사 유량에 미치는 영향을 파악하기 위한 실험이 수행되었다. 실험 결과 분위기 압력의 증가에 분무관통거리가 감소하였고, 분사 후 0.2 까지 가이드 길이가 길어질수록 분무원추각이 작게 나타났다. 인젝터 가이드 길이가 증가할수록 분무관통거리 및 분무지속시간이 증가하였고 이와 반비례하게 분무관통거리는 감소되었다. 연료 온도에 따른 유량을 측정한 실험에서 유량은 온도와 상관없이 분사압력에 따라 선형적으로 증가하였으며 주목할 만한 차이를 보이지 않았다. 분위기 압력 변화에 따른 거시적 분무 특성은 정적 연소기 내부의 분위기 압력이 증가함에 따라 연소기 내부 공기의 밀도가 상승하게 되면서 연료 분무에 저항으로 작용하게 되어 분무관통거리가 감소하고 분무원추각은 이와 반비례하게 증가한 것으로 보인다. 가이드 출구 주변에 형성되던 마하디스크가 그 길이가 증가할수록 출구 주변에서 점점 멀어지며 유량 정체가 해소되고 분사 초기 연료의 유동이 안정화되며 분무관통거리 및 분무지속시간이 증가된 것으로 보인다. 또한 연료 온도가 기체의 상변화에 영향을 미치지 않는 온도에서 수행되었기 때문에 주목할 만한 유량 차이를 보이지 않은 것으로 판단된다.