• 한국가스학회지
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• 제14권3호
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• pp.8-13
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• 2010

최근 석유에너지의 대체에너지로 수소에 대해 사회적인 관심이 높아짐에 따라, 수소의 연소특성에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. 하지만, 수소화염의 온도는 고온이며, 전파속도가 빠르며, 수소화염은 가시광을 거의 방출하지 않기 때문에 화염의 특성을 파악하는 것이 쉽지 않다. 본 연구에서는 직경12.7, 25.4, 50.8 ${\mu}m$인 3종류의 극세선 열전대를 이용하여 화염의 도달시간 및 온도를 동시에 측정하였다. 이론혼합농도에서의 화염도달시간을 검출한 결과, 빠른 수소화염의 전파속도를 정밀히 측정할 수 있음이 확인되었다. 또한, 열전대의 시정수를 고려함으로써, 화염온도를 추측하는 것이 가능함을 확인했다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년도 제31회 추계학술대회논문집
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• pp.393-396
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• 2008

질소 희석 가스가 수소화염의 화염안정성에 미치는 영향을 실험적으로 연구하였다. 연료는 수소이며 수소화염을 부상시키기 위하여 동축공기를 사용하였다. 이때 수소의 속도는 200 m/s이고 동축공기의 속도는 16 m/s로 고정하였다. 질소 희석 가스는 연료 공급라인에 주입되었으며 전체 연료 부피의 0$\sim$20%까지 주입하였다. 화염구조분석을 위하여 PIV/OH PLIF 동시측정 기법을 사용하였다. 수소 난류 확산화염 화염안정성 실험을 통하여 질소 가스 주입에 따라 부상화염 높이는 증가하였으며, 난류 화염 전파속도는 감소하였다. 그리고 난류 화염전파속도는 난류강도의 함수로 표현될 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권1호
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• pp.75-81
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• 2012

고온의 동축류 공기와 수소가 함유된 메탄 연료제트에서 자발화된 층류 부상화염의 특성을 실험적으로 조사하였다. 그 결과로 순수 메탄 제트에서 자발화되는 경계 온도인 920 K 를 초과하는 초기 온도에서 메탄/수소 혼합기의 자발화된 부상화염은 연료 몰분율에 따라 삼지화염 또는 마일드 연소를 보였고, 제트속도에 따라 부상화염의 높이가 증가하는 전형적인 특성을 보였다. 소량의 수소가 첨가된 부상화염의 높이는 메탄의 경우와 유사하게 단열적 점화지연시간의 2 승에 대한 의존성이 유지되었다. 반면에, 초기 온도가 920 K 미만인 경우에서 화염은 수소의 점화 촉진에 의해서 자발화 되었다. 그리고 제트속도가 증가함에 따라 자발화된 부상화염의 높이는 비선형적으로 감소하는 독특한 특성을 보였으며, 수소의 선호확산이 그 현상에 대해서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다.

• 에너지공학
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• 제13권4호
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• pp.311-318
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• 2004

본 연구에서는 정적연소실을 이용하여 차량용 대체연료로써 메란 및 수소첨가 메탄의 연소특성을 수소첨가율, 점화위치 및 점화방법에 따라 고찰하였다. 그 결과, 중심점화이고 수소를 첨가하지 많은 순수 메탄의 화염전파과정은 타원형으로 전파하나 수소첨가율이 증가함에 따라 화염면상에 매우 규칙적인 세포구조를 가진 불안정한 타원형화염으로 천이되었고 연소속도도 증가하였다. 또한, 벽면 및 0.5R 점화이고 수소를 첨가하지 않은 순수 메탄의 화염전파과정은 불안정한 타원형으로 전파하고 있었지만, 수소첨가율이 증가함에 따라 연소중기에 불안정한 타원형에서 평면형으로 천이 됐다가 연소말기에는 화염면 선단이 움푹 패인 매우 불규칙한 세포구조를 갖는 패기형으로 변화되었으며 연소속도도 증가하였다 한편, 세 가지 점화위치 모두에 있어서 MSCDI와 CDI사용에 따른 화염전파형태는 외견상 큰 차이는 없었지만, 동일시간에 MSCDI장치의 화염면적은 CDI의 화염면적보다 약간 더 크게 나타났다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2009년도 제33회 추계학술대회논문집
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• pp.242-245
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• 2009

희석된 동축공기 수소 난류확산화염에서 연료의 구성이 화염 길이에 미치는 영향에 대한 연구를 수행하였다. 화염의 길이는 동축공기와 연료 제트의 속도비의 함수로 표현하였고, 이론적 예측과 비교하였다. 네 조건의 연료 구성에 대해 연구를 수행하였다. 동축공기 제트 화염의 길이 예측을 위해 near-field concept에서의 유효 직경을 이용한 스케일링 관계식을 유도하였다. 실험 결과 가시 화염의 길이는 이론적 예측과 크게 일치하였다. 여러 연료 조건에서의 희석된 수소 제트의 화염에서도 스케일링 분석은 유효하였다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2002년도 추계학술발표논문집
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• pp.293-296
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• 2002

본 논문에서는 수소/액체연료/공기의 연소특성에 대해 CFD상용프로그램을 사용하여 수치해석을 수행하였다. 먼저 프로그램을 검증하기 위하여 수소/공기의 난류 비예혼합 화염에 대한 반응물과 생성물의 몰분율을 Barlow실험 결과와 비교하였고, X축 방향의 온도분포를 Flury의 실험 값과 비교하여 값이 물리적으로 근사함을 확인하였다. 혼합분율(Mixture Fraction)과 확률밀도함수(PDF)의 접근 방법을 이용하여 화염진단과 오염물질발생에 중요한 역할을 하는 중간 종들의 몰분율을 확인하였다. 수소/액체연료/공기에 대해서는 화염형성에 있어서 가장 중요한 연료와 산화제의 속도비 변화(100,10,1,0.1)로부터 산화제속도가 연료속도 보다 클 경우 고속 측인 산화제에 의해 연료의 확산이 지배되는 현상으로 인하여 화염의 온도분포가 최고가 됨을 확인하였다. 또한, 연소과정 중 발생하는 오염물질의 농도를 수치적으로 해석하여 최저의 오염농도를 가질 수 있는 속도 비를 찾아 낼 수 있었다. 수소/공기와 수소/액체연료/공기의 온도 장 비교를 통하여 수소/액체연료/공기의 혼합물이 대체에너지로서의 가능성을 확인하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제15권1호
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• pp.12-22
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• 2004

In order to evaluate the potential of partial hydrocarbon substitution to improve the safety of hydrogen use in general and the performance of internal combustion engines in particular, the outward propagation and development of surface cellular instability of spark-ignited spherical premixed flames of mixtures of hydrogen, hydrocarbon, and air were experimentally studied at NTP (normal temperature and pressure) condition in a constant-pressure combustion chamber. With propane being the substituent, the laminar burning velocities, the Markstein lengths, and the propensity of cell formation were experimentally determined, while the laminar burning velocities and the associated flame thicknesses were computed using a recent kinetic mechanism. Results show substantial reduction of laminar burning velocities with propane substitution, and support the potential of propane as a suppressant of both diffusional-thermal and hydrodynamic cellular instabilities in hydrogen-air flames.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.98.1-98.1
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• 2011

전 세계적으로 대표적인 대중교통으로 천연가스버스가 운행 중에 있으며, 천연가스의 저장을 위하여 대부분의 차량이 복합용기를 사용하고 있다. 또한 친환경자동차로 개발되고 있는 수소연료전지자동차도 수소 저장용으로 복합용기를 적용하여 상용화를 추진 중에 있다. 복합용기의 상용화가 증가하면서 복합용기의 안전성 확보가 가장 중요한 이슈가 되고 있다. 기체상태의 고압가스를 교통수단에 적용하기 위하여, 저장매체인 고압복합용기의 안전성 및 기술 확보를 위한 기술개발과 안전기준의 확립을 위한 기준개발이 미국, 유럽, 일본 등 다수의 국가에서 진행되고 있다. 현재 복합용기의 안전성을 확인하는 기준은 각 나라의 기준에 따라 진행되고 있으며 천연가스자동차용 저장용기 국제표준으로는 ISO 11439가 적용되고 있다. 수소연료전지자동차용 수소용기의 안전기준은 아직 확립되지 않은 상태이며, 개발된 초안으로는 국제규정으로 UN ECE R No.79 및 국제기술표준으로 ISO/TS 15869가 있다. 개발 중인 국제기준 및 국내기준에서 가장 취약한 부분이 화염시험이다. 화염시험은 자동차에 화재가 발생했을 경우 용기의 폭발을 막기 위하여 안전밸브가 정상적으로 작동하는 지를 확인하는 시험이다. 하지만 현재의 시험방법으로는 자동차에서 발생하는 국부적인 화염에 대한 안전성을 확인하기가 어려운 실정이다. 본 연구에서는 국내의 화염시험기준을 개발하기 위해 수행된 화염시험에 대한 결과와 화염시험장치를 제안하고자 한다.

• 해양환경안전학회지
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• 제25권6호
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• pp.780-787
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• 2019

본 연구에서는 국내외 저탄소 녹색성장을 위한 대안으로서 수소에너지와 그 이용 기술에 대한 관심이 높아지는 추세에 발맞춰 무탄소 연료인 수소를 LNG 의 주성분인 메탄, 메탄-프로판, 메탄-프로판-에탄 동축류 확산화염 내에 첨가하여 화염형상 및 연소생성물에 미치는 영향을 확인하였다. 상온상압 조건의 확산화염에 수소를 단계적으로 첨가하여 실제 생성되는 연소생성물의 변화 추이를 가스 분석기를 이용하여 실험적으로 관찰하였고 확산화염의 형상은 디지털카메라를 이용하여 단계적으로 관찰 하였다. 실험결과에서 확산화염에 수소를 첨가함에 따라 질소산화물의 생성량이 선형에 가깝게 증가하는 경향을 보였다. 이것은 수소의 상대적으로 높은 단열화염온도와 빠른 연소속도가 Thermal NOx의 생성을 촉진했기 때문이다. 반면 이산화탄소의 생성량은 감소하는 경향이 나타났는데 수소를 첨가함에 따라 메탄, 메탄-프로판, 메탄-에탄-프로판의 혼합 확산화염에 포함되어있는 전체 탄소비율이 줄어들어 이산화탄소의 생성량이 감소한 것이다. 이는 선박에서 LNG-수소의 혼합 연료사용으로 인해 온실가스인 이산화탄소를 저감할 수 있는 하나의 방안으로 고려될 수 있다는 것을 의미한다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권6호
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• pp.639-646
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• 2012

가열된 동축류 공기에서 일산화탄소/수소의 층류 제트에 대한 자발화된 부상화염의 특성을 조사하였다. 그 결과로 자발화가 발생하지 않는 영역에서는 제트속도의 증가에 따라 노즐부착화염에서 안정화된 층류 부상화염을 거치지 않고 바로 화염날림이 발생하였다. 자발화 영역에서, 질소 희석된 일산화탄소의 자발화된 부상화염은 산화제 내의 함유된 수분에 따른 점화지연시간의 변동으로 그 부상높이가 크게 영향을 받았다. 그리고 수소에 의한 저온 자발화 영역에서 자발화된 부상화염은 제트속도의 증가에 따라 부상높이가 감소하다가 증가하는 독특한 현상이 발생하였다. 점화지연시간에 의한 자발화된 층류 부상화염의 안정화 메커니즘을 기반으로, 그 부상높이의 거동은 점화 과정에서 발생하는 열손실의 영향뿐만 아니라 연료제트의 운동량과 질량의 선호 확산에 의하여 영향을 받을 수 있다는 것을 확인하였다.