[논문자료] 밀도구배강도를 이용한 초임계 전단동축 제트 분석

출처: 픽사베이

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최근 액체로켓엔진은 극저온 추진제를 주로 사용하여, 고압 및 고온 환경의 연소실에 분사, 연소시켜 추력을 얻는다. 따라서, 연소실 내부는 대부분의 상황에서 추진제의 초임계 온도 및 압력 이상의 온도와 압력을 가진 상태가 되며, 추진제는 분사 초기 온도조건을 만족하지 못하는 아임계 상태에서, 초임계 상태로 변하며 분사된다. 하지만 고압환경에 대한 가시화의 어려움 등 으로 인해 이에 대한 연구는 다른 분야에 비해서 원활히 이루어지기 어려운 점이 있다.

 

초임계 유체의 분무 형상 가시화와 제트 표면의 분열에 관하여 미국의 플로리다 대학교 (UFL) [1-3]에서는 PLIF 기법을 이용해 액주의 분열 형상과 밀도 변화에 대해 관찰 하였으며, DLR[4]에서 질소와 헬륨을 이용해 챔버 압력 변화에 따른 제트의 거시적 형상 변화에 대한 연 구가 수행되었다.

 

논문 출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201304854499789

shadowgraph와 밀도구배강도 사진을 통해 액체 질소를 이용한 아임계 및 초임계 단일 제트 와, 전단동축 인젝터를 이용한 액체 질소와 기체 아르곤 분무의 거시적 특성을 관찰하였다.

 

액체 질소 단일제트의 경우, 아임계 분무에서 제트 표면의 일그러짐이 관찰되고, 또한 아임계 유동에서 관찰되는 액적의 분열은 상변화로 인한 증기의 형태로 나타났다. 이것은 밀도구배강도 사진에서 제트 계면의 색 차이로 더 명확히 나타났다. 초임계 분무에서는 상의 변화가 사라지므로, 아임계 분무에서 나타났던 증기가 관측되지 않았으며, 또한 표면의 굴곡 또한 사라졌다. 밀도구배강도 사진에서도 마찬가지로 제트 계면의 색 차이가 없어짐을 볼 수 있었다.

 

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초임계 이산화탄소 추출

일반적으로 액체와 기체의 두상태가 서로 분간할 수 없게 되는 임계상태에서의 온도와 이 때의 증기압을 임계점이라고 합니다. 따라서, 초임계 유체(Supercritical fluid,SCF)란 임계압력 및 입계 온도 이상의 조건을 갖는 상태에 있는 물질로 정의되며, 일반적인 액체나 기체와는 다른 고유의 특성을 가집니다.

 

초임계 유체 기술의 분류

초임계 분리 공정	초임계 추출	천연물/의약품 추출 - 향료, 약물 추출, 기능성 식품공정
	초임계 탈지	분말사출성형공정에서 바인더 제거(Debinding) - 세라믹 사출성형
초임계 반응 공정	초임계 협성/반응	초임계 합성 / 초임계 수열합성
초임계 재료 공정	초임계 입자 제조	생분해성 고분자 미세입자 - RESS, SAS
	초임계 발포	발포 공정, 복합재료 제조
	초임계 건조	Aerosol 제조 (건조)
	초임계 도금	초임계 도금 / 염색 공정
	초임계 세정	초임계 dry processing - 반도체 세정, 마이크로머신 세정, SCORR
	초임계 수산화 반응	초임계수를 이용한 폐수처리

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