Fluid-Structure-Combustion Interaction Simulation for Solid Propellant Rocket Interior Phenomena

고체 로켓 내부 현상 전산 해석을 위해 기존 운동 기술 방법들의 장점을 결합한 ALE 기법을 도입하여 유체 구조 연동 해석을 수행하였다. 이를 위해 개별 해석 요소(유동, 구조, 연소)외의 통합 기법들과 변화하는 해석 영역에 대한 자동 격자 생성 기법이 연구되었다. 개발된 해석 프로그램을 이용하여 고체 추진 로켓의 점화과정부터 대부분의 연료가 소진되는 시점까지의 전산 해석이 수행되었으며 이를 통하여 연소실 내부의 유동 물리 현상과 추진제 그레인의 변형 특성을 관찰하였다.A fluid-structure interaction simulation of solid propellant rocket interior is carried out by employing the ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) description, a hybrid model of continuum motion description combining the advantages of classical Lagrangian and Eulerian description. The integration process for fluid-structure interaction and an automatic re-meshing algorithm are included to analyze an unsteady fluid-structure interaction phenomenon with the deformation of solid grain during the simulation. The developed solver is applied for the full burning simulation of a solid propellant grain, which is a highly-coupled unsteady phenomenon between gas flow and propellant structure. Based on the integrated computed results, flow physics in the combustion chamber and the behavior of a solid propellant deformation are examined.본 연구는 교육과학기술부의 우주기초원천기술 개발 사업(NSL, National Space Lab, No. 2011- 0029871)과 국토해양부 건설기술혁신사업 초장대 교량사업단(08 기술혁신 E01)의 지원을 받아 이루어졌음.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2012-01/104/0000004648/14SEQ:14PERF_CD:SNU2012-01EVAL_ITEM_CD:104USER_ID:0000004648ADJUST_YN:NEMP_ID:A001138DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:고체_로켓_연소실_내부에_대한_FScI_해석.pdfDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]:

The study of data transfer method between non-matching meshes interface using common-refinement method for fluid-structure interaction

본 연구는 유체-고체 연성 해석이 활발히 진행되고 있는 고체로켓의 3차원 연소실 상경계면 형상에 대해 정보 전달 기법 중 하나인 common-refinement 기법의 적용을 목적으로 수행되었다. 기법 구현은 상경계면에 common surface를 구성하고 특정 error norm을 최소화 시키는 minimization 내삽법을 적용하는 과정으로 수행되었다. 이를 바탕으로 다양한 다차원 상경계면 형상에서 연속 및 불연속 함수를 이용한 정보 전달 실험을 수행하였고, 다른 기법들과 해석 결과를 비교하였다.During multi-physics or multi-phase simulations accompanying fluid-structure thermal interaction, data transfer problems always arise along non-matching interfaces caused by different computational meshes for each physical domain. Common-refinement scheme, among many available methods, is attractive since it is known to yield conservative and accurate data transfer for non-matching interface cases. This is particularly important in simulating compressible unsteady fluid-structure thermal interaction inside solid propellant rockets, where grid size along solid-fluid interfaces is substantially different. From this perspective, we examine performances of common-refinement-based data transfer scheme between structured quadrilateral (structure part) and unstructured triangular (fluid part) meshes by comparing computed results with other data transfer methods.본 연구는 교육과학기술부의 우주기초원천기술 개발 사업(NSL, National Space Lab, No. 2011-0029871) 및 2012년도 정부(교육과학기술부) 의 재원으로 국가수리과학연구소의 주요사업 (No. A21001)으로부터 지원을 받아 이루어졌음OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2012-01/104/0000004648/35SEQ:35PERF_CD:SNU2012-01EVAL_ITEM_CD:104USER_ID:0000004648ADJUST_YN:NEMP_ID:A001138DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:유체-구조_연성_해석을_위한_common-refinement_기반_불일치_격자_경계면에서의_정보_전달_기법_연구.pdfDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]:

Full burning ALE based Fluid-Structure-combustion Interaction simulation for solid propellant rocket interior

A fluid-structure interaction simulation of solid propellant rocket interior is carried out by employing the ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) description, a hybrid model of continuum motion description combining the advantages of classical Lagrangian and Eulerian description. The integration process for fluid-structure interaction and an automatic re-meshing algorithm are included to analyze an unsteady fluid-structure interaction phenomenon with the deformation of solid grain during the simulation. The developed solver is applied for the full burning simulation of a solid propellant grain, which is a highly-coupled unsteady phenomenon between gas flow and propellant structure. Based on the integrated computed results, flow physics in the combustion chamber and the behavior of a solid propellant deformation are examined.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2013-01/104/0000004648/3SEQ:3PERF_CD:SNU2013-01EVAL_ITEM_CD:104USER_ID:0000004648ADJUST_YN:NEMP_ID:A001138DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:2013우주발사체기술심포지움_한상호.pdfDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]:

The study of data transfer method non-matching meshes interface using common-refinement method for fluid-structure interface

본 연구는 유체-고체 연성 해석이 활발히 진행되고 있는 고체로켓의 3차원 연소실 상경계면 형상에 대해 정보 전달 기법 중 하나인 공통세분 기법의 적용을 목적으로 수행되었다. 본 기법은 불일치하는 경계면간 정보 전달에도 보존성과 정확도를 동시에 만족시킬 수 있다는 장점을 갖는다. 기법 구현은 상경계면에 공통표면을 구성하고 특정 오차를 최소화 시키는 최소화 내삽법을 적용하는 과정으로 수행되었다. 이를 바탕으로 다양한 다차원 상경계면 형상에서 연속 및 불연속 함수를 이용한 정보 전달 실험을 수행하였고, 다른 기법들과 해석 결과를 비교하였다.During multi-physics or multi-phase simulations accompanying fluid- structure- thermal interaction, data transfer problems always arise along non- matching interfaces caused by different computational meshes for each physical domain. Common- refinement scheme, among many available methods, is attractive since it is known to yield conservative and accurate data transfer for non- matching interface cases. This is particularly important in simulating compressible unsteady fluid- structure- thermal interaction inside solid propellant rockets, where grid size along solid- fluid interfaces is substantially different. From this perspective, we examine performances of common- refinement- based data transfer scheme between structured quadrilateral (structure part) and unstructured triangular (fluid part) meshes by comparing computed results with other data transfer methodsOAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2014-01/102/0000004648/1SEQ:1PERF_CD:SNU2014-01EVAL_ITEM_CD:102USER_ID:0000004648ADJUST_YN:YEMP_ID:A001138DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:유체-구조_연성_해석을_위한_common-refinement_기반_불일치_격자_경계면에서의_정보_전달_기법_연구.pdfDEPT_NM:기계항공공학부SCOPUS_YN:NCONFIRM:

ALE based Fluid-Structure-Interaction Simulation of Solid Propellant Rocket

The Arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE, in short) method is the new description of continum motion ,which combines the advantages of the classical kinematical descriptions, i.e. Lagrangian and Eulerian description, while minimizing their respective drawbacks. In this paper, the ALE description is adapted to simulate fluid-structure interaction problems. An automatic re-mesh algorithm and a fluid-structure coupling process are included to analyze the interaction and moving motion during the 2-D axisymmetric solid rocket interior FSI phenomena simulation.본 논문은 유동과 구조물간의 상호작용으로 인해 유체나 구조, 한 쪽 분야에서의 접근으로는 한계가 있는 고체 로켓 내부 유동-구조-연소 결합 문제를 해결하기 위해 FSI를 이용한 전산해석을 목적으로 한다. ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian) 기술 방식을 도입하여 계산 격자의 움직임을 허용하면서도 격자에 대한 연속체 입자의 상대운동이 가능하도록 하였다. 유체 영역의 해석 프로그램은 2차원 압축성 비정상 유동 해석을 위한 오일러 방정식을 ALE 형태를 변형시켜 적용 하였고, 고체 영역의 해석 프로그램은 ALE를 고려한 2차원 동적 유한 요소 방법을 사용하였다.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2009-01/104/0000004648/20SEQ:20PERF_CD:SNU2009-01EVAL_ITEM_CD:104USER_ID:0000004648ADJUST_YN:NEMP_ID:A001138DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:고체_로켓_내부_그레인_유체-구조-연소_통합_해석.pdfDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]:

고체 로켓 연소실 내부 복합 현상에 대한 유체-구조 연성 해석

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 기계항공공학부, 2014. 2. 김종암.The interior phenomena in solid rocket exhibit highly unsteady, multi-scale, and multi-physics features because fluid, structure, and combustion generates a non-linear feedback cycle by influencing one another inside the combustion chamber. In order to integrated fluid-structure-combustion simulation to understand the highly unsteady, multi-physics phenomena inside of solid rocket motor interior, fully integrated computational simulations inside solid propellant rocket are carried out to examine the nonlinear feedback interaction between fluid, structure and combustion module. The Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) description is employed to efficiently tracking the burning process along grain surface. An automatic re-meshing algorithm is added to the FSbI process to accurately analyze unsteady fluid-structure coupling phenomena with deforming solid grain during simulation. The developed solver is then applied to the full-burning simulation of a solid propellant grain, which is a highly-coupled unsteady phenomenon between gas flow and propellant structure. Based on the integrated computed results, detailed ignition mechanism and flame propagation process along propellant grain surface are investigated. In particular, flame propagation delay and secondary burning phenomena are explained from the physical and numerical perspectives. Furthermore, virtual contact line method is introduced to overcome the boots contact problem occurring in the gas flow-propellant interaction, and the deforming behavior of full-burning solid propellant is examined.공학박사 학위논문 ABSTRACT NOMENCLATURE LIST OF TABLES LIST OF FIGURES CHAPTER I INTRODUCTION 1 1.1 Fluid-structure simulation for solid rocket interior 1.2 Dissertation Objectives: A Summary 1.3 Outline of Dissertation CHAPTER II NUMERICAL METHOD I 2.1 The arbitrary Lagrangian-Eulerian method 2.2 Descriptions of motion 2.3 The fundamental ALE equation 2.4 The ALE forms of governing equations CHAPTER III NUMERICAL METHODS II 3.1 Fluid solver 3.2 Structural solver 3.3 Combustion solver 3.4 Spatial and temporal data transfer scheme 3.5 Dynamic mesh treatment 3.6 Surface regression model 3.7 Virtual contact line method CHAPTER IV SIMULATION RESULTS 4.1 Validation problem 4.2 Validation problem 4.3 Rocket modeling and thermal analysis 4.4 Rocket simulation results CHAPTER V CONCLUDING REMARKS & FUTURE WORKS 5.1 Concluding Remarks 5.2 Future work APPENDIX A1. Common refinement data transfer scheme for 3-D rocket REFERENCES 국문 초록Docto

flow analysis for interior part of solid propellant rocket using fluid-structure interaction

학위논문(석사) --서울대학교 대학원 :기계항공공학부,2007.Maste

사법개혁과 법조양성 : 제2주제 발표논문 ; 법조직무와 법조인구 / 제2주제 지정토론 -법조인의 활동영역과 적정한 법조인구

법학교육에 대한 세미나에 참석하게 됨을 기쁘게 생각합니다. 전반적인 토론에 참여하는 과정중에서 본인에게는 법조인구에 관한 소제목이 붙여졌습니다. 그에 대한 얘기를 하기 위하여 법학교육 전반에 걸친 생각, 사법시험제도, 그리고 법조인구를 차례로 언급하고자 합니다. 법에 대한 국민의 개념은 아직도 법이란 바람직한 모델 정도일 것입니다. 지키기를 희망하는 정도입니다. 따라서 법을 위반한다는 것은 어느 희망적인 이상을 포기한다는 것 쯤입니다. 따라서 법을 위반한 것이 처벌되는 것을 보는 것은 국민의 눈에도 아직도 이상한 것입니다. 건축법을 위반하는 행위, 선거법을 위반하는 행위, 공무원이 뇌물을 수수하는 행위 - 이 모든 것이 처벌되는 것이 이상한 것으로 느껴지는 법률들입니다. 그러나 세상이 변하고 있습니다. 도로교통법을 위반하면 처벌되기 전에 사람이 먼저 죽어 버립니다. 빨간 신호를 보고도 도심지에서 차가 지나가면 다른 차가 와서 충돌하여 사람이 다치는 사고가 발생합니다. 법은 더 이상 모델이 아님을 보여 줄 것입니다. 국민 모두에게 법은 지켜야 한다라는 기초 사실이 뿌리가 깊지 못한 것이 현실입니다. 법학교육은 국가적 차원에서 국민 모두의 교육이 되어야 하는 어려운 사명을 가지고 있다고 보아야 합니다. 잘 지켜봐야 본전입니다. 없을 것을 없게 하는 것이 대부분일 것입니다. 이것을 못해내고 있습니다

FScI simulation for solid propellant rocket interior with ignition delay and secondary ignition

고체 로켓 내부 현상 해석을 위해 기존 운동 기술 방법들의 장점을 결합한 ALE 기법을 도입하여 유체-구조-연소 연동 해석을 수행하였다. 이를 위해 개별 해석 기법(유동, 구조, 연소)외에 통합 기법들과 변화하는 해석 영역에 대한 자동 격자 생성 기법이 연구되었다. 개발된 해석 프로그램을 이용하여 고체 로켓에 대해 비점성/점성 해석을 수행하였으며 점성 해석 시 점화과정에서 발생하는 점화 지연 현상과 이차 점화 현상에 대해 분석하였다.A fluid-structure interaction simulation of solid propellant rocket interior is carried out by employing the ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) description, a hybrid model of continuum motion description combining the advantages of classical Lagrangian and Eulerian description. The integration process for fluid-structure interaction and an automatic re-meshing algorithm are included to analyze an unsteady fluid-structure interaction phenomenon with the deformation of solid grain during the simulation. The developed solver is applied for the simulation of a solid propellant grain with inviscid/viscous fluid model. Based on the integrated computed results, ignition delay and secondary ignition phenomena are examined from the physical and numerical perspectives.본 논문은 교육과학기술부의 재원으로 한국연구 재단 첨단사이언스 교육허브개발사업(EDISON)의 지원(2011-0020559)을 받아 수행되었음.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2013-01/104/0000004648/17SEQ:17PERF_CD:SNU2013-01EVAL_ITEM_CD:104USER_ID:0000004648ADJUST_YN:NEMP_ID:A001138DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:2013추계항공우주학회_이창수.pdfDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]:

The study on data transfer between non-matching meshes using common-refinement method for fluid-structure interaction simulations

During multi-physics or multi-phase simulations accompanying fluid-structure thermal interaction, data transfer problems always arise along non-matching interfaces caused by different computational meshes for each physical domain. Common-refinement scheme, among several available methods, is attractive since it is known to yield-conservative and accurate data transfer along non-matching interface boundary. This is particularly important in simulating compressible unsteady fluid-structure thermal interaction inside solid propellant rockets, where grid size along solid-fluid interfaces is substantially different. From this perspective, we examine performances of a common-refinement-based data transfer scheme between structured quadrilateral (structure part) and unstructured triangular (fluid part) meshes by comparing the computed results with other data transfer methods.본 연구는 한국항공우주연구원의 학연협력강화사업과 교육과학기술부의 우주기초원천기술개발 사업(No.2011-0029871), 교육과학기술부의 재원으로 한국과학재단(No.2011-0027486)의 지원을 받아 이루어졌음.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2012-01/104/0000004648/19SEQ:19PERF_CD:SNU2012-01EVAL_ITEM_CD:104USER_ID:0000004648ADJUST_YN:NEMP_ID:A001138DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:유체-구조_연성_해석을_위한_common-refinement_기반의_불일치_격자_간_정보_전달_기법_연구.pdfDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]: