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극저온 액체 추진제 저장 탱크의 수동형 열역학적 배기 시스템의 개발 = Development of passive thermodynamic vent system (TVS) for cryogenic liquid propellant storage tank
서명 / 저자 극저온 액체 추진제 저장 탱크의 수동형 열역학적 배기 시스템의 개발 = Development of passive thermodynamic vent system (TVS) for cryogenic liquid propellant storage tank / 배준혁.
저자명 배준혁 ; Bae, Junhyuk
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2018].
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초록정보

Thermodynamic Vent System (TVS) is an indirect vent system that regulates the pressure of cryogenic liquid propellant tank for extended periods in micro-gravity environment. It exploits cold energy of the expanded fluid to reduce the internal energy of the fluid in the tank, avoiding unnecessary vent of liquid propellant. There are active and passive types. This paper investigates the passive TVS, which does not utilize a cryogenic liquid circulation pump, at various fill-levels (30%, 50% and 70%) and vent mass flow rate (0.05 g/s and 0.2 g/s) utilizing liquid nitrogen as a cryogenic propellant simulant. In addition, the prediction model is constructed and compared with the experimental results. The pressure in the tank is controlled between 120 kPa and 140 kPa by the venting process. In the numerical model, mass and energy balance equations with heat transfer conditions are considered to calculate the transient pressure variation in the tank and the amount of heat transfer across the heat exchanger. The heat removal performance of passive TVS over heat ingress is achieved. In addition, the prediction model is verified by comparing transient variation of tank pressure and heat exchanger exit temperature to those of experimental results. The percent error of calculation results are less than 10% and 5%, respectively. Furthermore, TVS performance is compared among experimental results by non-dimensionalized performance indicators.

열역학적 배기 시스템은 우주의 미중력 상황에서 극저온 액체 추진제 탱크 내의 압력을 적절히 조절하는 간접 배기 시스템이다. 불필요한 액체 추진제의 낭비를 피하기 위해 팽창된 유체의 냉열을 이용하여 탱크 내 유체의 내부 에너지를 감소시킨다. 열역학적 배기 시스템에는 극저온 액체 재순환 시스템의 유무에 따라 크게 능동형 방식과 수동형 방식으로 구분된다. 본 연구에서는 수동형 열역학적 배기 시스템을 액체 질소를 이용하여 다양한 충진 레벨과 배기 질량 유량에 따라 실험적으로 연구한다. 또한 열역학적 및 열전달적 모델을 수립하여 탱크 내부 압력과 열교환기 출구 온도를 예측하여 열 제거 능력을 예측한다. 본 연구에서 수동형 열역학적 배기 시스템의 외부 열유입에 대항하는 열 제거 능력을 성취하였고 예측 결과를 실험 결과와 비교하여 검증하였다. 배기 시간과 열교환기 출구 온도의 예측 오차율은 각각 10% 와 5% 이내이다. 또한 무차원화된 성능 지표로 실험 조건에 따른 수동형 열역학적 배기 시스템의 성능을 비교하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MME 18038
형태사항 vi, 79 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : Junhyuk Bae
지도교수의 한글표기 : 정상권
지도교수의 영문표기 : Sangkwon Jeong
부록: A, 다른 배기 시스템과의 비교. - B, 3d 프린팅 정보. - C, 예측 모델 계산용 코드
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학과,
서지주기 참고문헌 수록
주제 열역학적 배기 시스템
극저온 액체 추진제 탱크
액체 질소
예측 모델
성능 지표
Thermodynamic Vent System(TVS)
cryogenic liquid propellant tank
liquid nitrogen
prediction model
performance indicator
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