SPH code development and validation for numerical simulation of liquid-liquid swirl coaxial injector

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 기계항공공학부, 2013. 8. 여재익.액체 로켓 엔진에서 연료와 산화제는 인젝터를 통해 연소실로 분사되며 여러 가지 조건들과 변수들에 의해 다양한 분무특성을 갖게 된다. 액체 제트 상태로 분사된 연료와 산화제는 서로 부딪히거나 섞이면서 작은 액적구조로 미립화되고 기화되면서 연소과정에 이르게 된다. 이러한 일련의 과정에서 액체제트의 미립화 특성은 인젝터의 분무특성을 나타내는 가장 중요한 지표이며 인젝터의 분무특성은 연소과정의 효율과 안정성에 큰 영향을 끼치게 된다. 그러나 인젝터의 분무특성은 매우 다양한 물리적 변수와 실험적 조건들에 의해 영향을 받기 때문에 실제 실험으로만 모든 분무특성을 파악하기 에는 어려움이 존재한다. 따라서 수치적 시뮬레이션을 통한 인젝터의 분무특성 연구는 실제 인젝터 실험의 좋은 참고자료로서, 또 더 나아가 액체 로켓 엔진개발에 있어 큰 도움을 줄 수 있다. 지금까지 인젝터의 수치적 시뮬레이션은 대부분 Eulerian 기법의 바탕위에서 이루어져왔다. 그러나 액체제트의 미립화현상과 복잡한 공기와의 경계면 변화를 나타내는데 있어 기존의 기법들이 갖는 선천적인 단점이 존재하며 따라서 본 연구에서는 비교적 새로운 Smoothed Particle Hydrodynamics(SPH) 라는 파티클 기법을 도입하였다. 본 연구에서는 다양한 인젝터 종류 중 하나인 액체-액체 동축형 스월 인젝터에 대한 수치적 시뮬레이션을 수행하였다. 수치적 시뮬레이션을 위해 먼저 해석을 위한 SPH 코드를 개발하였으며 각 개발단계마다 검증문제를 통해 코드의 타당성을 검증하였다. 개발된 코드를 이용하여 첫 번째로 단일 스월 인젝터에 대한 시뮬레이션을 수행하였으며 실제실험과의 비교를 통해 결과를 검증하였다. 마지막으로 연료와 산화제가 모두 사용된 액체-액체 동축형 스월 인젝터에 대한 시뮬레이션이 수행되었고 마찬가지로 실제실험과의 비교를 진행하였다.In aircraft and rocket engines, fuel and oxidizer are injected as liquid jets and become atomized. The jet atomization is important since it strongly influences combustion efficiency and combustion instability. However, atomization of liquid jet is a physical phenomenon which is too complex to understand through the experiment alone. The state-of-the-art numerical methods can provide additional information about the complex jet atomization problem. Most jet spray and atomization simulations are done with Eulerian approach which has inherent disadvantage in representing jet breakups and droplets. A more phenomenologically natural method which is based on the full Lagrangian particles called SPH is used in this work. We develop the SPH code and perform validations that confirm the suitability of our SPH method for simulating liquid jet atomization problem. After that, we conduct the simulation about liquid-liquid swirl coaxial injector which is one of the famous liquid rocket injector. All results are compared with real experiment about the injector.초 록 ⅰ 목 차 ⅲ 표 목차 ⅴ 그림 목차 ⅴ 제 1 장 서 론 1 1.1 선행연구조사 2 1.2 SPH 3 제 2 장 Numerical method 6 2.1 SPH 공식 6 2.2 지배방정식 8 2.3 Corrected SPH 알고리즘 10 2.4 표면장력 알고리즘 11 2.5 Kernel 함수 12 2.6 Adaptive smoothing length 알고리즘 13 2.7 Time integration 14 제 3 장 코드검증문제 15 3.1 댐붕괴 문제 15 3.2 Square fluid patch 문제 18 3.3 Kelvin-Helmholtz 불안정성 문제 20 3.4 Oscillating rod 문제 22 제 4 장 단일 스월 인젝터 시뮬레이션 26 4.1 스월 인젝터 시뮬레이션을 위한 가정 26 4.2 액체 제트의 분열 원리 28 4.2.1 Linear instability theory 28 4.2.2 Impact wave 29 4.3 Simulation set up 30 4.4 스프레이 형상 33 4.5 분열길이 37 4.5.1 분열에 대한 판단기준 37 4.5.2 분열길이 38 제 5 장 액체-액체 동축형 스월 인젝터 시뮬레이션 41 5.1 Simulation set up 42 5.2 스프레이 형상 45 5.3 분열길이 47 5.4 3D 결과 50 제 6 장 결론 52 참고문헌 54 Abstract 57Maste

고에너지 물질의 열적 거동 해석을 위한 수치 및 실험적 연구

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 기계항공공학부, 2018. 8. 여재익.The thermal behavior of energetic materials has various aspects such as slow decomposition reactions, fast explosion phenomenon, and very rapid detonation phenomenon. All these thermal behaviors of energetic material are basically based on thermal chemical reactions. Therefore, in order to numerically analyze the thermal behavior of high-energy materials, it is essential to construct an accurate chemical reaction rate equation experimentally. In this study, we have developed a chemical kinetic equation for unknown energetic materials by using the calorimetric method Differential Scanning Calorimetry (DSC). In addition, the research for explosion, detonation, and aging effects of energetic materials are numerically investigated using the established chemical reaction rate equation. Firstly, the kinetic analysis of a heavily aluminized cyclotrimethylene-trinitramine (RDX) using Differential Scanning Calorimetry (DSC) is conducted. The Friedman isoconversional method is applied to DSC experimental data and AKTS software is used for the analysis. The pre-exponential factor and activation energy are extracted as a function of product mass fraction. The extracted kinetic scheme does not assume multiple chemical steps to describe the complex response of energetic materials CHAPTER 1: INTRODUCTION. 1 CHAPTER 2: A Development of Thermal-Based Reactive Flow Model for Energetic Materials and Validation 6 2.1 Background and objective......... 6 2.2 DSC experiment for kinetics extraction.. 8 2.3 Reactive flow model validation 17 CHAPTER 3: Aging Effect Prediction of Energetic Materials.. 38 3.1 Background and objective......... 38 3.2 Experimental study for isoconversional kinetics calculation 41 3.3 Isoconversional kinetics calculation.. 43 3.4 Results and discussion for kinetics calculation 45 3.5 Aging-effect prediction... 56 CHAPTER 4: A Study on Multi-Scale Hot Spot Initiation of Detonation using Experiments and Simulation... 65 4.1 Background and objective. 65 4.2 Kinetics analysis of HMX-based explosive . 69 4.3 Micro-scale hot-spot simulation via Smoothed Particle Hydrodynamics. 78 4.4 Shock-to-Detonation Transition experiment and hydrocode simulation . 92 CHAPTER 5: CONCLUSION. 107 REFERENCES.. 110Docto

에스트로겐 수용체 양성 유방암에서 NR4A1의 ERK 신호전달 경로 억제를 통한 타목시펜 저항성 조절

Breast cancer is one of the most prevalent carcinomas in worldwide. The estrogen receptor (ER)-positive breast cancer accounts for about 70% and is treated with endocrine therapy. Tamoxifen, commonly used treatment drug, is effective in this subtype. Nonetheless, approximately one-third of patients treated with tamoxifen gain acquired tamoxifen resistance, resulting in therapeutic challenges. Moreover, molecular mechanism targeting tamoxifen resistance still remains unclear. NR4A1 is known to play key roles in processes associated with carcinogenesis, apoptosis, DNA repair, proliferation, and inflammation. In recent studies, NR4A1 has been reported to act as an oncogene or a tumor suppressor in various cancer models including breast cancer. However, the role of NR4A1 in tamoxifen-resistant ER-positive breast cancer has not yet been defined. In this study, we demonstrate the clinical significance and functional role as well as molecular mechanistic effects of NR4A1 in tamoxifen-resistant ER-positive breast cancer. NR4A1 gene expression was downregulated in tamoxifen-resistant MCF7 (TamR) and T47D (T47D-TamR) compared to that in MCF7 and T47D cells. Kaplan-Meier plots were used to identify high expression of NR4A1 correlated with increased survival rates in patients with ER-positive breast cancer following tamoxifen treatment. Gain and loss of function experiments showed that NR4A1 restores sensitivity to tamoxifen by regulating cell proliferation, migration, invasion, and apoptotic abilities. In addition, NR4A1 localized to the cytoplasm enhanced the expression of apoptotic factors. Mechanistically, NR4A1 enhanced responsiveness to tamoxifen through suppressing ERK signaling in ER-positive breast cancer by in silico and in vitro analyses, suggesting that the NR4A1/ERK signaling axis modulates tamoxifen resistance. Taken together, our study reveals that NR4A1 could be a potential therapeutic strategy to overcome tamoxifen resistance in ER-positive breast cancer. 유방암은 전 세계에서 가장 흔한 암 중 하나이다. 에스트로겐 수용체 양성 (ER-positive) 유방암은 전체 유방암 환자 중 약 70%를 차지하며, 내분비 치료 (endocrine therapy)를 받는다. 내분비 치료 중 흔히 사용되는 치료 약물인 타목시펜은 이러한 환자들에 효과적이다. 그럼에도 불구하고, 타목시펜 치료를 받은 환자의 약 3분의 1은 타목시펜 저항성이 생기며, 이는 결국 치료 효과를 감소시킨다. 또한, 타목시펜 저항성에 관여하는 분자적 기전은 여전히 불분명한 실정이다. NR4A1은 암화 과정, 세포 사멸, DNA 수선, 세포 증식, 염증과 같은 과정에 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 최근 NR4A1이 유방암을 포함한 다양한 암 모델에서 종양 유전자 혹은 종양 억제 유전자로의 기능이 보고된 바 있으나, 타목시펜 저항성 유방암에서의 역할은 알려진 바가 없다. 본 학위 논문에서는 타목시펜 저항성 에스트로겐 수용체 양성 유방암에서 NR4A1의 임상적 중요성과 기능적 역할 뿐만 아니라 분자적 조절 기전 또한 확인했다. NR4A1의 유전자 발현이 타목시펜 비저항성 유방암 세포주 (MCF7, T47D)에 비해 저항성 세포주 (TamR, T47D-TamR)에서 감소되어 있음을 확인했으며, Kaplan-Meier 생존 분석을 통해 높은 NR4A1의 발현이 타목시펜 치료를 받은 에스트로겐 수용체 양성 유방암 환자의 높은 생존률과 관련이 있음을 검증하였다. 기능적인 연구로 과발현 및 발현 저해 실험을 통해, NR4A1이 세포 증식, 이동, 침입 및 세포 사멸 능력을 조절함으로써 타목시펜에 대한 민감성을 회복시킴을 보여주었다. 또한 세포질에 위치한 NR4A1은 세포 사멸 인자의 발현을 증가시킴을 발견하였다. In silico 분석 및 in vitro 실험을 이용한 메커니즘 연구를 통해, NR4A1이 에스트로겐 수용체 양성 유방암에서 ERK 신호 전달 경로를 억제함으로써 타목시펜에 대한 반응성을 향상시킴을 확인했으며, 이 결과는 NR4A1/ERK 신호 전달 경로가 타목시펜 저항성을 조절함을 의미한다. 본 학위논문의 결과들을 종합적으로 미루어 볼 때, NR4A1이 에스트로겐 수용체 양성 유방암에서 타목시펜 저항성을 극복하는 잠재적인 치료적 타겟이 될 수 있음을 시사한다.open석