[논문자료] 삼중점과 임계점간 파라수소의 증기압 예측

출처: 픽사베이

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로켓 엔진의 연소과정동안 연소실내의 온도와 압력은 급격히 상승한다. 이 때 추진제는 초임계 상태가 되며 표면장력과 열확산, 밀도와 비열 같은 열역학적 상태량의 급격한 변화를 보이게 된다. 초임계 유체의 밀도는 액체에 가깝고 점성은 기체에 가까워 표면장력이 거의 사라져 침투성이 우수해진다. 앞서 초임계 제트 분사 거동 과 그 특성에 대해 이해하기 위하여 수많은 관련 연구가 진행되어 왔다.

 

선행연구로 대기압 상태로의 아임계, 천임계, 초임계 분사에 대한 연구가 진행되었으며, 모사 추진제를 사용한 초임계분사 가시화 연구도 진행되었다. 초임계 연소에 관한 연구는 국내, 국외에서 활발히 진행되었지만, 로켓 연료로 사용되는 탄화 수소 계열 유체의 초임계 분사에 관한 연구는 아직 미비하다. 선행 연구로 미루어 볼 때 아임계 조건에서 초임계 조건으로 진행되는 탄화수소 계열 유체의 분사를 가시화 하여 경계면에서의 상변화와 거동 특성을 관찰할 필요가 있다.

논문 출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201810263415335

 

본 실험에서는 케로신 연료의 주성분 중 서로 다른 임계점을 가진 탄화수소 유체인 Decane과 MCH(methylcyclohexane)을 사용하여 임계점 차이가 근임계 주위환경으로 분사되는 제트의 상변화에 미치는 영향을 연구하였다. 고속카메라를 활용하여 Shadowgraph이미지를 촬영하였으며, 분사 순간이미지와 평균이미지, 상선도 분석을 수행하였다.

 

두 유체 모두 공통적으로 초임계 조건에서 연료와 질소 사이 경계면의 밀도변화가 적어 중앙이 밝은 형상의 액적을 나타낸다는 것을 확인하였다.

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초임계 수열합성

수열합성기란?

액상합성법의 하나로 고온고압하에서 물 또는 수용액(thermal solution or fluid)을 이용하여 물질을 합성하는 process를 총칭하여 말합니다. Hydrothermal Synthesis(수열합성)는 뜨거운 물과 높은 압력 하에서 mineral 들의 용해도에 의존하는 single crystal의 합성방법으로 직접용융이 어려울 때 많이 쓰이는 합성방법입니다.

수열합성에서 Hydrothermal solution (or fluid)의 역할은 수열합성시 열과 압력의 전달 매체로서 반응제, 용매, 표면흡착제, 촉매 등의 역할을 하며 화학 반응과 결정화 촉진, 이온교환이나 추출시 반응용매 역할 침식 및 고화 작용제의 역할을 합니다.

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