• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.36 no.6
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• pp.647-653
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• 2012

A short reaction mechanism for premixed $CH_4$-air flames at high pressure was developed using a reduction method based on the combined application of the simulation error minimization connectivity method and the iterative species-removal sensitivity method. It consisted of 43 species and 554 elementary reactions under the condition that it produces less than 5% of the maximum error. The flame structures obtained using a detailed reaction mechanism and the short reaction mechanism were compared for $CH_4$-air flames with various initial temperatures and equivalence ratios at high pressure, and the results were in good agreement. Therefore, the short reaction mechanism developed could reproduce the flame speeds, temperatures, and concentrations of major and minor species at high pressure.

• Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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• v.11 no.6
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• pp.51-58
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• 2003

A cycle simulation method is developed by coupling a commercial code, Ricardo's WAVE, with the SENKIN code from CHEMKIN packages to predict combustion characteristics of an HCCI engine. By solving detailed chemical kinetics the SENKIN code calculates the combustion products in the combustion chamber during the valve closing period, i.e. from IVC to EVO. Except the combustion chamber during the valve closing period the WAVE code solves thermodynamic status in the whole engine system. The cycle simulation of the complete engine system is made possible by exchanging the numerical solutions between the codes on the coupling positions of the intake port at IVC and of the exhaust port at EVO. This method is validated against the available experimental data from recent literatures. Auto ignition timing and cylinder pressure are well predicted for various engine operating conditions including a very high ECR rate although it shows a trend of sharp increase in cylinder pressure immediate after auto ignition. This trend is overpredicted especially for EGR cases, which may be due to the assumption of single-zone combustion model and the limit of the chemical kinetic model for the prediction of turbulent air-fuel mixing phenomena. A further work would be needed for the implementation of a multi-zone combustion model and the effect of turbulent mixing into the method.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.20 no.4
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• pp.65-77
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• 2016

Modeling for complex reacting flow in Fischer-Tropsch reactor is one of the challenges in the field of Computational Fluid Dynamics (CFD). It is hard to derive each and every reaction rate for all chemical species because Fisher-Tropsch reaction produces many kinds of hydrocarbons which include lots of isomers. To overcome this problem, after analyzing the existing methodologies for reaction rate modeling, non-Anderson-Schulz-Flory methodology is selected to model the detailed reaction rates. In addition, the inside flow has feature of multi-phase flow, and the methodologies for modeling multi-phase flow depend on the interference between the phases, distribution of the dispersed phase, flow pattern, etc. However, existing studies have used a variety of inside flow modeling methodologies with no basis or rationale for the feasibility. Modeling inside flow based on the experimental observation of the flow would be the best way, however, with limited resources we infer the probable regime of inside flow based on conventional fluid dynamics theory; select the appropriate methodology of Mixture model; and perform systematic CFD modeling. The model presented in this study is validated through comparisons between experimental data and simulation results for 10 experimental conditions.

• Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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• v.16 no.2
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• pp.143-149
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• 2008

The present study is mainly motivated to investigate the vaporization, auto-ignition and spray combustion processes in DI diesel engine using DME and n-heptane. In order to realistically simulate the dimethyl ether (DME) spray dynamics and vaporization characteristics in high-pressure and high-temperature environment, the high-pressure vaporization model has been utilized. The interaction between chemistry and turbulence is treated by employing the Representative Interaction Flamelet (RIF) model. The detailed chemistry of 336 elementary steps and 78 chemical species is used for the DME/air reaction. Based on numerical results, the detailed discussion has been made for the distinctly different combustion characteristics of DME diesel engine in term of vaporization, ignition delay, pollutant formation, and heat release rate.

• Journal of ILASS-Korea
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• v.10 no.4
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• pp.16-25
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• 2005

The present study is mainly motivated to investigate the vaporization, auto-ignition and combustion processes in high-pressure engine conditions. In order to realistically simulate the dimethyl ether (DME) spray dynamics and vaporization characteristics in high-pressure and high-temperature environment, the high-pressure vaporization model is utilized. The interaction between chemistry and turbulence is treated by employing the Representative Interaction Flamelet(RIF) model. The detailed chemistry of 336 elementary steps and 78 chemical species is used for the DME/air reaction. Numerical results indicate that the RIF approach, together with the high-pressure vaporization model, successfully predicts the essential feature of ignition and spray combustion processes.

• Journal of ILASS-Korea
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• v.13 no.1
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• pp.28-33
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• 2008

The present study is mainly motivated to investigate the vaporization, auto-ignition and combustion processes in high-pressure diesel engines. In order to realistically simulate the dimethyl ether (DME) fueled diesel engine, the high pressure vaporization model is utilized and the interaction between turbulence and chemistry is treated by employing the Representative Interactive Flamelet (RIF) model. The detailed chemisty consisted of 336 elementary reaction steps and 78 species is used for DME/air reaction. Numerical results indicate that the RIF model with high pressure vaporization model successfully predicts the essential feature of the combustion processes and pollutants formations in the DME fueled diesel engines.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2003.05a
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• pp.233-239
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• 2003

The present study has numerically investigated the combustion processes in the solid propellant rocket engine. The two step global reaction model for condensed phase and five step global reaction mechanism for gas phase are adopted to predict the detailed flame structure near double-base solid propellant surface. The turbulence-chemistry interaction is represented by the PaSR(Partially Stirred Reactor) model. To reduce the uncertainties for convective heat transfer near solid fuel surface having strong blowing effect, the Low Reynolds number k-$\varepsilon$ turbulent model is employed. Based on numerical results, the detailed discussion has been made for the turbulent combustion processes and transient behavior of pressure and temperature fields in the solid propellant rocket engine.

• 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.

• Clean Technology
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• v.20 no.4
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• pp.398-405
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• 2014

In the treatment of spent high energetic materials, the issues such as environmental pollution, safety as well as working capacity should be carefully considered and well examined. In this regard, incineration has been recommended as one of the most promising processes for the disposal of such explosives. Due to the fact that high energetic materials encompass various types and their different characteristics, the technology development dealing with various materials is not an easy task. In this study, rigorous modeling and dynamic simulation was carried out to predict dynamic physico-chemical phenomena for research department explosive (RDX). Plug flow reactor was employed to describe the incinerator with 263 elementary reactions and 43 chemical species. Simulation results showed that safe operations can be achieved mainly by controlling the reactor temperature. At 1,200 K, only thermal decomposition (combustion) occurred, whereas increasing temperature to 1,300 K, caused the reaction rates to increase drastically, which led to ignition. The temperature further increased to 3,000 K which was the maximum temperature recorded for the entire process. Case studies for different operating temperatures were also executed and it was concluded that the modeling approach and simulation results will serve as a basis for the effective design and operation of RDX incinerator.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.410-410
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• 2010

한TFT-LCD, Solar cell, 반도체 등에 사용되는 Si 박막은 주로 PECVD로 형성한다. 이 때 사용되는 원료 가스로 $SiH_4$가 있으며 대개 $H_2$로 희석해서 사용한다. 저온 증착의 경우 전자 충돌 해리과정을 이용하여 증착이 이루어지며 이 때 중간 생성물로 $SiH_3$, $SiH_2$와 고차유도체($Si_xH_y$)가 생성된다. 고밀도 플라즈마를 이용하는 경우에는 이들의 이온(양, 음)의 비율도 막질 형성에 중요한 요소가 된다. 본 발표에서는 안테나가 외부 및 내부에 있는 경우에 대해서 모델링하였으며 해리된 유도체의 비율은 $SiH_3$ > $SiH_2$의 순서였고 가스 조성비(수소 희석비), U-type 내장형 안테나와 기판 사이의 거리, 챔버 내의 펌핑 포트의 위치 등에 의한 차이가 플라즈마 온도 및 밀도의 균일도에 미치는 영향을 분석하였다. 수치 모델상의 가장 중요한 변수의 하나인 이온, 라디칼의 표면 재결합 상수는 문헌에서 보고된 값을 구하기 어려운 경우에는 가장 실제와 근접한 경향이 나타나는 값을 사용하였다. 이 부분은 분자 동력학 등의 기법을 이용하여 보다 상세한 데이터를 만들어 낼 수 있는 방법의 적용이 필요하다. 기본적인 $SiH_4$의 화학 반응식은 이원기[1]등의 데이터를 이용하였다. 계산 결과 중의 특이한 점의 하나는 고차 유도체인 $Si_2H_4$의 경우 중성보다 오히려 양이온의 밀도가 1 order이상 높았다. 내장형 Y-type 안테나의 경우 전력 흡수 밀도가 $10^7\;W/m^3$ 수준으로 높은 영역이 안테나 주변으로 나타났으며 안테나와 기판 사이의 거리와 압력에 따라서 기판에서의 균일도가 결정 되었다.