• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 1997.11a
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• pp.10-11
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• 1997

고체 추진제를 사용하는 추진 시스템을 개발하는데 가장 커다란 문제로 인식되고 있는 것은 추진제의 연소 특성을 이해하는 일이다. 그 중에서도 연소실의 압력 진동과 추진제 벽면으로 흡수되는 복사 열전달에 의한 연소율(burning rate)의 변화로 인하여 발생하는 연소 불안정에 대한 이해는 아직도 완전히 규명되지 않고 있다. 고체 추진제의 연소 불안정에 대한 이론적 해석은 준-정상 1차원 해석(Quasi-Steady Homogeneous One-Dimension) 방법에 의하여 단순화된 지배방정식을 해석하는 것이 일반적으로 잘 알려져 있는 방법이다. 이 가정은 고체 추진제가 연수되는 영역을 두께가 매우 얇은 영역의 표면반응영역(surface reaction layer)과 화학반응이 없는 응축상태영역(condensed phase zone) 그리고 기체상태의 연료와 화염이 존재하는 기체상태영역(gas phase zone) 등의 3영역으로 구분하며, 기체상태영역에서 발생하는 교란에 대한 응축상태영역의 반응시간 크기(response time scale)가 매우 크기 때문에 응축상태영역의 반응은 준 정상적으로 일어난다고 가정하는 것이다.그러나, 연소실의 온도가 $3000^{\circ}K$ 정도의 높은 온도이어서 복사 열전달에 의한 고체 추진제의 가열이 중요한 열전달 방법으로 작용하게 되므로 이를 무시한 이론적 해석은 물리적인 중요성이 약하여질 수밖에 없다. 본 연구에서는 기체영역으로부터 전달되는 복사 열전달은 투명(transparent)한 표면반응영역을 통과하여 응축상태영역에서 모두 흡수되며 추진제 표면에서의 복사열방출(emission)을 고려하였다. 또한 연소불안정 현상을 해석하기 위하여 표면반응영역에서의 경계조건은 선형교란량으로 대치하는 Zn(Zeldovich-Novozhilov) 방법을 사용하였다. 이 방법은 기체상태영역에 대한 구체적인 해석없이도 연소불안정 현상을 해석할 수 있는 장점이 잇다. 즉 응축상태영역에서의 연소율과 표면온도는 각각 기체영역으로부터 전달되는 온도구배와 연소압력, 그리고 복사 열전달의 함수관계이므로 선형교란에 의한 추진제표면에서의 교란경계조건을 얻을 수 잇으며, 응축영역의 교란지배방정식과 함께 사용하여 압력교란과 복사 열전달의 교란에 대한 연소율의 교란 증감 여부를 판단하여 연소 불안정 현상을 해석할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 1998.04a
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• pp.29-29
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• 1998

고체 추진제 연소불안정에 관한 해석은 준-정상 1차원 해석인 QSHOD(Quasi-Steady Homogcneous One-Dimension)에 의하여 단순화된 지배방정식을 이용하여 응축영역을 해석하는 것이 일반적이다. 이때 외부교란에 대한 기체영역과 표면반응 영역의 응답은 화학반응이 발생하지 않는 고체영역의 응답에 비하여 매우 빠르므로 준-정상적인 거동을 한다. 본 연구에서는 복사열전달에 의한 열속(heat flux)이 고체 추진제의 표면에 존재하며 이 중의 일부가 고체영역에서 흡수될 때 표면에서의 선형교란을 고려한 ZN(Zeldovich-Novozhilov) 방법을 이용하여 연소불안정 현상을 이론적으로 해석하여 연소불안정 현상을 설명할 수 있는 연소 응답함수를 구하였다. 본 연구에서 얻어진 응답함수를 해석함으로써, Zebrowski등$^{(5)}$ 에 의하여 얻어진 복사열 교란에 대한 응답함수가 과소 평가된 응답특성을 나타내고 있음을 알았다. 또한 응답함수의 고유불안정성을 판별하는 민감계수 r과 k의 영역의 해석으로부터 SOn등$^{(6)}$ 에 의하여 밝혀진 안정 경계선의 안정한 영역보다 본 연구에서 구한 안정 경계영역이 줄어드는 경향을 보여주고 있다. 이것은 (6)에서 과소 평가된 복사열전달의 영향을 수정한 결과 때문이다.

• Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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• v.14 no.3
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• pp.115-125
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• 1992

혼합 대류 이상 유동 시스템에 부유된 슈트와 미분탄과 같은 고흡수, 방사하는 입자의 열확산적 입자이동에 대한 복사 및 부력효과를 수치적으로 검토하였다. 기체 및 입자유동의 지배방정식 들은 Euler 관점의 two-fluid model의 근간에서 수행되었으며, 에너지 보존식의 비선형 복사 생 성항은 P-1 근사방법에 의해 계산되었다. 혼합 대류 유동에서의 입자의 열확산 현상은 복사 열 전달과 커플링되며, 복사효과의 증가는 부력효과를 상대적으로 감소시켜 부력효과에 의한 입자 부착율을 완화시켰다. 복사효과가 무시될 때 Grashof 수의 증가에 따라 입자의 확산효과는 감 소되었으며, 복사효과가 함께 작용될 때 입자 부착율은 증가됨을 보였다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.14 no.3
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• pp.685-693
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• 1990

The heat transfer coefficients were calculated numerically to see the effects of radiation around the porous medium put on the flat plate at a distance from the leading edge of flat plate for the two-dimensional laminar flows. To verify the analytical model developed and invoke the heat/mass transfer analogy, an experiment was carried out using naphthalene sublimation technique. From the effects of the wake, Sherwood number is maximum around the region where the porous medium is attached. The theoretical results correspond well with the experimental results at small Darcy number. Permeability of ceramic blocks used for experiment was also measured and the Forchheimer equation is applicable in our measurement range.

• Fire Science and Engineering
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• v.8 no.1
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• pp.9-20
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• 1994

To understand the phenomena of laminar diffusion flame along vortical walt, the numerical analysis has been performed. Keller-box method was used to solve the problem in the boundary layer. The governing equation is simplified by thin-flame approxiamtion. And energy and chemical species equations are normalized with Schvab-Zeldovich variables. A physical domain is divided the boundary layer along streamwise coordinate as the combustion region and the propagation region. And Radiation model is concerned in these region. As a result, typical phenomena have been observed. Comparison of the numerical results with experimental data shows that the present method can successfully predict phenomena of laminar diffusion flame along upright surface.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.12 no.3
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• pp.551-560
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• 1988

Gas-particle two phase flow and heat transfer in a cavity receiving thermal radiation through selectively transparent walls have been analyzed by a finite difference method. Particles injected from the upper hole of the cavity are accelerated downward by gravity and exit through the lower hole while they absorb, emit and scatter the incident thermal radiation. Gas phase is heated through convection heat transfer from particles, and consequently buoyancy induced flow field is formed. Two-equation model with two-way coupling is adopted and interaction terms are treated as sources by PSI-Cell method. For the particulate phase, Lagrangian method is employed to describe velocities and temperatures of particles. As thermal radiation is incident upon horizontally, radiative heat transfer in the vertical direction is assumed negligible and two-flux model is used for the solution of radiative heat flus. Gas phase velocity and temperature distributions, and particle trajectories, velocities and temperatures are presented. The effects of particle inlet condition, particle size, injection velocity and particle mass rate are mainly investigated.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.20 no.10
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• pp.3371-3380
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• 1996

Low resolution spectral modeling of water vapor is carried out by applying the weighted-sum-of-gray-gases model (WSGGM) to a narrow band. For a given narrow band, focus is placed on proper modeling of gray gas absorption coefficients vs. temeprature relation used for any solution methods for the Radiative Transfer Equation(RTE). Comparison between the modeled emissivity and the "true" emissivity obtained from a high temperatue statistical narrow band parameters is made ofr the total spectrum as well as for a few typical narrow bands. Application of the model to nonuniform gas layers is also made. Low resolution spectral intensities at the boundary are obtained for uniform, parabolic and boundary layer type temeprature profiles using the obtained for uniform, parabolic and boundary layer type temperature profiles using the obtained WSGGM's with 9 gray gases. The results are compared with the narrow band spectral intensities as obtained by a narrow band model-based code with the Curtis-Godson approximation. Good agreement is found between them. Local heat source strength and total wall heat flux are also compared for the cases of Kim et al, which again gives promising agreement.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.35 no.6
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• pp.561-567
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• 2011

The inverse radiation analysis of a two-dimensional irregular configuration using unstructured triangular meshes is presented. In this study, an enclosure filled with an absorbing, emitting and scattering medium with diffusely emitting and reflecting opaque boundaries is considered. The finite volume method is applied to solve the radiative transfer equation in order to simulate the measured incident radiation values which are used as input data for the inverse analysis. The conjugate gradient method is adopted for the estimation of wall emissivities by minimizing the objective function at each iteration step. To verify the performance of the unstructured grid system, we compare the results with those using a structured grid system for the two-dimensional lopsided shape. The effect of measurement errors on the estimation accuracy is also investigated.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2003.05a
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• pp.244-245
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• 2003

고체나 액체 추진로켓에 비하여 하이브리드 추진 시스템은 작동조건의 안정성과 안전함등의 많은 장점을 가지고 있다. HTPB와 같은 고체연료는 제작 및 저장, 운송 그리고 장착상의 안정성을 가지고 있으며 하이브리드 로켓의 고체연료로의 산화제의 유입을 제어하면서 추력의 변화와 엔진내부의 연소중단과 재 점화를 용이하게 할 수 있다. 이러한 이유로 인하여 하이브리드 엔진은 좀 더 경제적인 장치로 기대를 모으고 있다. 그러나, 기존의 하이브리드 로켓 엔진은 고체 추진 로켓에 비하여 낮은 연료 regression 율과 연소효율을 가지는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하고 요구되어지는 추력값과 연료유량을 증가시키기 위하여 고체연료의 표면적을 증가시킬 필요가 있다. 기존의 하이브리드 엔진에서는 연료 그레인에 다수의 연소포트를 만들어 표면적을 증가시켰으나 이는 비 활용 공간의 증가와 추진제의 질량 및 체적분율의 상당한 감소를 초래한다. 지난 수십년간에 걸쳐 하이브리드 엔진에서 연료의 regression 특성 및 엔진 성능 향상을 위한 연구가 계속되어 왔으며 최근에 엔진의 체적 규제를 경감시키고 연료의 regression율을 향상시키기 위하여 선회유동을 이용하는 하이브리드 로켓 엔진들이 제안되고 있다. 이러한 선회유동을 가지는 하이브리드 로켓은 고체연료 그레인에 대하여 평행하게 유입되는 기존의 하이브리드 로켓에 비하여 고체연료 벽면에서의 대류열전달이 현저하게 증가하게 되어 아주 높은 고체연료의 regression율을 얻을 수 있는 이점이 있다. 선회유동 하이브리드 로켓의 연소과정은 고체 연료의 열분해과정, 대류 열전달, 난류 혼합, 난류와 화학반응의 상호작용, soot의 생성 및 산화과정, soot 입자 및 연소가스에 의한 복사 열전달, 연소장과 음향장의 상호작용 등의 복잡한 물리적 과정을 포함하고 있다. 이러한 물리적 과정 중 난류연소, 고체연료 벽면 근방에서의 대류 열전달 및 연소과정에서 생성되는 soot 입자로부터의 복사 열전달, 그리고 고체연료 열 분해시 표면반응들은 고체연료의 regression율에 큰 영향을 미친다. 특히 고체연료의 난류화염면의 위치와 폭, 그리고 비 예혼합 난류화염장에서 생성되는 soot의 체적분율의 예측은 난류연소모델, 열전달 모델, 그리고 regression율 모델에 의해 크게 영향을 받기 때문에 수치모델의 예측 능력 향상시키기 위하여 이러한 물리적 과정을 정확히 모델링해야 할 필요가 있다. 특히 vortex hybrid rocket내의 난류연소과정은 아래와 같은 Laminar Flamelet Model에 의해 모델링 하였다. 상세 화학반응 과정을 고려한 혼합분율 공간에서의 화염편의 화학종 및 에너지 보존 방정식은 다음과 같다. 화염편 방정식과 혼합분률과 scalar dissipation rate의 관계식을 이용하여 혼합분률과 scalar dissipation rate에 따른 모든 reactive scalar들을 구하게 된다. 이러한 화염편 방정식들을 mixture fraction space에서 이산화시켜서 얻은 비선형 대수방정식은 TWOPNT(Grcar, 1992)로 계산돼 flamelet Library에 저장되게 된다. 저장된 laminar flamelet library를 이용하여 난류화염장의 열역학 상태량 평균치는 presumed PDF approach에 의해 구해진다. 본 연구에서는 강한 선회유동을 가지는 Hybrid Rocket 연소장내의 난류와 화학반응의 상호작용을 분석하기 위하여 Laminar Flamelet Model, 화학평형모델, 그리고 Eddy Dissipation Model을 이용한 수치해석결과를 체계적으로 비교하였다. 또한 Laminar Flamelet Model과 state-of-art 물리모델들을 이용하여 선회 유동을 갖는 하이브리드 로켓 엔진의 연소 및 Soot 생성 및 산화과정을 살펴보았으며 복사 열전달이 고체 연료 표면의 regression율에 미치는 영향도 살펴보았다. 특히 swirl강도, 산화제의 유입위치 그리고 선회유동의 형성방식이 하이브리드 로켓의 연소특성 및 regression rate에 미치는 영향을 상세히 해석하였다.

• Journal of Environmental Science International
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• v.11 no.12
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• pp.1195-1204
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• 2002

We calculated dose rate using radiative transfer equations to consider radiative processes distinctly. The dose rate at Pohang(36°02'N, 129°23'E) was calculated using measured ozone and meteorological data and two-stream approximations(quadrature, Eddington, delta Eddington, PIFM(practical improved flux method), discrete ordinate, delta discrete ordinate) are used in solving equation. The purpose of this study is to determine the most compatible radiative transfer approximation for simulating the radiative and photochemical processes of atmosphere through comparision between calculated and measured values. Dose rate of the biologically effective irradiance in the region 0.28-0.32 U m showed the highest value when quadrature and Eddington was used and lower value on condition that delta scaling was applied. Correlation coefficient between dose rate at surface using radiation transfer equation and measured UV-B at Pohang was 0.78, 0.79 and 0.81 when delta Eddington, PIFM and delta discrete ordinate were used. Also, in case of above approximations were used, MBE(Mean Bias Error) was within -0.3MED/30min and RMBE(Relative Mean Bias Error) was below 10% between 1200 LST and 1400 LST Approximations which are compatible in estimating radiative process are delta Eddington, PIFM and delta discrete ordinate. Especially, in case that radiative process is considered more detail, delta discrete ordinate increased the number of stream is proper.