NASA CEA(Chemical Equilibrium with Applications) 사용법

CEA는 미국의 NASA에서 배포한 화학 계산 프로그램이다.

 

열역학적 상태량, 연소 반응, 로켓 성능 등을 이론적으로 계산할 수 있기 때문에 공기역학, 열역학, 추진공학 등에 이용할 수 있다.

 

CEARUN이라고 해서 프로그램을 따로 설치하지 않고 웹 상에서 이용할 수도 있지만 CEAgui를 설치해서 쓰는 것이 편리하다.

 

FORTRAN으로 작성된 프로그램을 Java GUI로 이용하는 것이다.

 

여기서는 아주 간단하게 연소 반응을 계산해 보았는데 더 전문적이고 복잡하고 다양한 계산이 가능하다.

 

 

 

 

 

1. 설치

 

첫 설치는 유투브 동영상을 보고 무작정 따라하면서 했다. 사실 그래서 이건 왜 그렇고 저건 왜 저렇냐고 물어본다면 잘 모름.

 

 

다음 유투브 동영상을 보고 따라하면 좋다.

 

 

<How to install CEA>

 

 

NASA CEA 다운로드 사이트에 접속해서 아래 4종의 파일을 다운로드한다.

 

>>>>>   https://www.grc.nasa.gov/WWW/CEAWeb/ceaguiDownload-win.htm

 

 

 

위 4개의 파일을 모두 다운로드한다.

 

CEA 관련된 소스 3개는 압축파일, Java 관련 1개는 실행파일인데

 

Java가 최신 버전이 아니어서 그런지 이 파일만으로는 실행이 되지 않았다.

 

만약 실행이 되지 않는다면 최신 버전의 Java JRE를 다운받아 사용한다.

 

압축을 모두 해제하고 아래 그림과 같이 한 폴더에 옮기고 폴더를 C 드라이브 내 'program files(x86)'에 복사한다.

 

폴더 이름은 CEA로 만들었다.  >>>  ‘C:\program files(x86)\CEA’

 

컴퓨터 마다 보안 설정에 따라 다르겠지만

 

이 폴더에서는 모든 작업을 관리자 권한으로 실행해야 하므로

 

마우스 우클릭으로 [속성] 내 [편집]에 들어가서 해당 폴더의 사용 권한을 모두 '허용'으로 체크한다.

 

 

 

 

 

 

CEA 폴더 내에서 우측 상단의 [CEAexec-win.bat] 파일을 검색  >>>

 

후 실행시키면 명령 프롬프트가 쭉~ 실행되었다가 스스로 종료된다.

 

다시 원래 폴더로 돌아가서 [CEAexec-win.bat]을 실행시키면 명령 프롬프트와 CEAgui가 실행된다.

 

 

 

 

 

 

2. 사용

 

대기압(1 bar)에서 기체 메탄(CH4)과 기체 산소(O2)의 연소 반응을 이론적으로 계산해 보았다.

 

 

2.1 Problem type

 

첫 화면에서 combustion, rocket, shock tube, Chapman-Jouquet Detonation 등의 problem type을 선택할 수 있다.

 

Case ID를 아무거나 입력하고 원하는 종류를 클릭한다.

 

 

2.2 Reactant fuel-oxidant mixture

 

4가지로 혼합비를 설정할 수 있다.

 

보통 Oxid-to-fuel ratios(O/F) 혹은 Equ ratios in term of f/o(당량비)를 많이 사용할 것 같은데, Equ ratios in term of f/o를 이용했다.

 

그리고 그 우측에 있는 Values에 원하는 만큼 혼합비 조건을 입력한다.

 

 

Reactant 탭으로 옮겨서 원하는 연료와 산화제를 선택하고 온도까지 입력한다.

 

 

 

 

 

2.3 Output

 

이제 입력한 추진제 및 혼합비에 대한 프로퍼티들을 출력해보자.

 

Thermodynamic property, rocket performance parameter 등에 속한 프로퍼티들을 원하는 만큼 리스트에 추가시킨다.

 

설정이 끝났으면 [File]의 [Save as]를 통해 원하는 이름으로 CEA 폴더 내에 input 파일(.inp)로 저장한다.

 

저장한 뒤에 아래와 같이 [Activity] 탭을 통해 결과를 확인할 수 있다.

 

 

 

아래는 데이터를 긁어서 엑셀로 옮겨본 것이다.

 

엑셀을 이용하면 더욱 편리하게 사용할 수가 있다.

 

이상 CEAgui를 이용해서 메탄과 산소의 연소 반응에 따른 출력값(단열화염온도, 비열 등등...)을 계산해 보았다.

 

변수를 많이 추가한다면 더 여러가지 값들을 볼 수 있을 것이다.