평형 유동을 고려한 스파크 제트 액츄에이터 유동 해석 모델 개발

Abstract

본 연구에서는 active 액츄에이터의 일종인 스파크 제트 플라즈마 액츄에이터 유동 해석 모델을 개발하였다. 스파크 제트 플라즈마 액츄에이터를 구동시키는 아크 플라즈마의 characteristic time과 유동의 characteristic time의 큰 차이로 인해 발생하는 지나친 computational cost를 줄이기 위해 스파크 제트 플라즈마 액츄에이터의 jet boundary condition을 도출해 낼 수 있는 analytic model이 필요하다. 액츄에이터의 기하학적 대칭성과 액츄에이터 내부에서 발생하는 여러 충격파의 기하학적 특징들을 고려하여 변환시킨 지배방정식을 이용하여 제트 경계조건 모델을 도출하였다. 그리고 이렇게 도출된 경계조건 모델을 실제 벽면 경계조건으로 부여하여 수치해석을 하고 참고문헌의 실험 결과와 비교하여 잘 일치하는 결과를 얻었다.한편, 스파크 제트 플라즈마 액츄에이터는 고온, 고압 유동이므로 local thermal equilibrium 가정을 통해 평형 유동으로 가정하였고 평형 상태의 열역학적 물성치를 계산하기 위해 NASA의 CEA open source를 사용하였다.