재생냉각채널 모사 환경 내 극저온 추진제의 열전달 특성에 관한 실험적 연구

초록

액체로켓엔진은 추진제가 연소하는 과정에서 고압, 고온의 가스가 생성되며, 장시간의 운용이 요구된다. 따라서 연소실 벽면의 냉각이 필수적으로 적용되어야 하며, 벽면을 보호하기 위한 다양한 냉각 기법을 복합적으로 이용하고 있다. 이 중에서 재생냉각 기법이 널리 사용되는 냉각 기법 중 하나로 재생냉각채널의 설계 및 해석을 위해서는 냉각제로 사용되는 추진제의 열전달 특성을 알아야 한다. 국내에서는 초임계조건을 포함한 다양한 조건에서의 열전달 특성에 대한 실험 데이터가 충분치 않은 상황이다. 따라서 본 논문에서는 극저온유체의 초임계조건을 포함한 여러 조건에서의 열전달 특성을 연구하였다. 이를 위해 내부 구리와 외부 스테인리스강으로 이루어진 냉각채널 모사 시편을 제작하였으며, 시편 전단 압력, 유체 유속을 변화시키며, 시편에서의 벽면 온도 및 시편 전/후단에서의 유체의 온도를 측정하였다. 실험을 통해 Fig. 1과 같이 초임계조건을 포함하여 Nu수를 얻었으며, Nu수를 기존 경험식들과 비교한 결과 최대 20%의 차이가 발생함을 확인하였다.