• 대한기계학회논문집B
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• 제35권2호
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• pp.179-188
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• 2011

본 연구에서는 합성가스-공기 화염의 셀 불안정성에 있어서 탄화수소 연료의 첨가효과를 알아보기 위하여 상온, 고압, 정적상태의 연소실에서 실험을 수행하였다. 층류화염전파속도는 상세반응기구와 전달물성치를 사용하여 계산하였고 이를 실험으로 측정된 값과 비교하였다. 탄화수소 연료가 첨가된 합성가스-공기 화염의 셀 불안정성은 수력학적 불안정성과 확산-열 불안정성의 관점에서 평가되며 희박예혼합 화염에 대해 실험으로부터 측정된 셀불안정성을 유발하는 임계 Peclet 수는 이론적으로 얻어진 값과 비교하였다. 실험결과는 반응혼합물에 탄화수소 계 연료의 첨가량이 증가할수록 화염전파속도는 감소함을 보였다. 합성가스-공기화염에 프로판과 부탄을 첨가하였을 경우 수력학적 불안정성과 확산-열 불안정성이 감소하여 셀 형성은 현저하게 감소하였다. 반면 메탄을 첨가하였을 경우 셀 불안정성이 완화되는 효과는 없었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제30권5호
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• pp.71-78
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• 2002

동축공기 수소확산 화염에서 세 가지 동축공기 조건과 화염의 유무에 따라 실험조건을 분류하고, 이에 대해 PIV를 이용하여 실험을 수행하였다. PIV를 통해 얻은 속도장을 이용하여 평균속도, 난류강도, Reynolds stress 등을 구하여 유동장을 분석하였다. 우선 단순제트에 대해 상사성을 살펴본 결과 이전의 다른 연구자의 실험결과와 일치하였다. 동축공기가 있는 경우 중심축 속도 감쇠는 $x^{-1}$에 비례하여 감소하는 것을 확인하였다. 축방향 길이를 유효밀도에 의해 정의된 유효 제트 지름으로 무차원화한 값으로 중심축 속도를 도시한 결과 하나의 선분에 떨어지는 것을 확인하였다. 평균속도 분포를 살펴보면 일정한 연료유량에 동축공기 유량을 증가시킨 경우 동축공기가 증가함에 따라 속도 분포의 형태가 바뀌게 되어 자기상사성이 유지되지 않는 것으로 보인다. 난류강도는 평균속도 분포의 경우보다 후류에서 자기상사성이 나타난다.

• 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.

• 한국추진공학회지
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• 제4권4호
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• pp.78-86
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• 2000

Mach 1.8의 동축공기를 갖는 수소 난류 화산 화염의 특성을 이해하는 것이 본 연구의 목적이다. 화염길이와 연료유동의 자취에 대한 직접사진, Acetone PLIF, Mie scattering, 수치해석법을 이용하여 화염의 구조를 분석하였다. 연료의 유속를 고정시켰을 때, 공기의 유속 증가에 따른 변화를 측정하였다. 아음속 화염의 길이는 급격히 감소한 반면, 초음속 화염의 길이는 완만하게 증가하였다. 또한 연료 노즐 립의 두께 변화에 따른 화염의 소염 특성을 관찰하였다. 노즐 립의 두께에 따라 화염 안정성이 증가하였는데 이는 초음속 화염의 안정화를 위한 최소 두께 값이 존재함을 나타낸다. 유동장 구조를 분석한 결과, 연료 제트가 고압영역에 가로 막혀서 축방향 모멘텀을 잃고, 저산란 영역이 만들어지는 것을 확인하였다. 또한, 모멘텀을 잃은 연료가 재순환 영역을 따라 순환하면서 긴 체류시간을 갖기 때문에 예혼합 영역이 만들어 졌음이 밝혀졌다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제21권11호
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• pp.1527-1537
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• 1997

Extinction characteristics and acoustic response of hydrogen-air diffusion flames at various pressures are numerically studied by employing counterflow diffusion flame as a model flamelet in turbulent flames in combustion chambers. The numerical results show that extinction strain rate increases linearly with pressure and then decreases, and increases again at high pressures. Thus, flames are classified into three pressure regimes. Such nonmonotonic behavior is caused by the change in chemical kinetic behavior as pressure rises. The investigation of acoustic-pressure response in each regime, for better understanding of combustion instability, shows different characteristics depending on pressure. At low pressures, pressure-rise causes the increase in flame temperature and chain branching/recombination reaction rates, resulting in increased heat release. Therefore, amplification in pressure oscillation is predicted. Similar phenomena are predicted at high pressures. At moderate pressures, weak amplification is predicted since flame temperature and chain branching reaction rate decreases as pressure rises. This acoustic response can be predicted properly only with detailed chemistry or proper reduced chemistry.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권9호
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• pp.829-836
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• 2013

석탄을 개질한 합성천연가스의 조성에 변화가 있을 경우 화염의 연소특성에 대하여 연구하였다. 본 연구의 목적은 동축 공기 합성천연가스 확산화염을 구현하여 연료조성에 따른 화염안정성과 화염구조, 분광특성, 온도분포를 실험적인 방법으로 연구하는 것이다. 각 화염의 분광특성을 관찰하기 위하여 분광기를 사용하였으며 연소장 내 온도측정을 위하여 K 형 열전대를 사용하였다. 연료 분사기 출구속도는 $u_F$ =5~40 m/s 사이에서 조절하였고 공기 분사기 출구속도는 $u_A$ =0~0.43 m/s 사이에서 조절하였다. 연소 동특성에 대한 실험을 통해 합성천연가스에 수소 성분이 증가하면 화염안정화 영역이 증가하고 부상화염 높이가 낮아져 화염길이가 짧아지는 것을 알 수 있었다.

• 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.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제36회 춘계학술대회논문집
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• pp.371-374
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• 2011

이중연소 램제트 엔진의 초음속 난류 연소의 화염 안정성을 살펴보기 위하여 다차원 외삽을 이용한 고해상도 전산 유체해석을 수행하였다. 높은 엔탈피 조건의 수소/일산화탄소 합성 가스와 초음속 공기의 전단층 내 자발 점화를 살펴보았으며, 일정 단면적 연소기와 작은 확산각이 있는 초음속 동축 연소기에 대한 비교를 통하여 초음속 연소는 부상 화염의 특징을 보이며 화염 안정성이 압축성 효과에 크게 영향 받음을 알 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1997년도 제9회 학술강연회논문집
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• pp.17-17
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• 1997

극초음속 여객기와 군사용 항공기에 대한 수요가 증가함에 따라서 새로운 개념의 다양한 추진기관이 연구가 진행되고 개발되어 왔다. 초음속 항공기의 속도 영역은 마하 10-20 정도가 되는데 이 속도 한계를 극복하기 위하여 초음속 연소 램제트 엔진(SCRamjet; Supersonic Combustion Ramjet)이 제안되었다. 스크램 제트를 개발하기 위해서는 연료와 산화제의 혼합 효율 문제, 화염의 안정화 문제, 벽면의 냉각에 관한 문제 등 몇 가지 기본적인 문제들을 해결해야 한다. Univ of Michigan에서 실험한 연소기를 모델로 본 연구에서는 연료와 공기의 혼합에 관한 수치 연구를 수행하였다. 다원 혼합기체에 관한 축대칭 Navier-Stokes 방정식을 지배 방정식을 이용하였고 비평형 화학반응식을 고려하였다. 공간 차분에는 유한 체적법을 이용하였다. 대류 플럭스 항은 Roe의 Upwind FDS 기법을 사용하여 차분하였고 점성항에는 중심 차분법을 이용하였다. 시간 적분법으로는 근사 자코비안과 LU분할 기법을 이용한 완전 내재적 방법이 쓰였다. 난류 모델로는 Mentor에 의해 제안된 2 방정식 k-$\varepsilon$/k-$\omega$ 혼합모델을 사용하였다. 유동장이 실험에서의 찍은 사진과 유사한 모습의 충격파 간섭을 수치 모사하였고 수소가 확산되는 모습과 함께 노즐 lip 주위의 재순환 영역에 대해서 살펴볼 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제32권3호
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• pp.190-197
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• 2008

It was experimentally studied that the stabilization mechanism of turbulent, lifted jet flames in a non-premixed condition to reveal the newly found liftoff height behavior of hydrogen jet. The objectives are to report the phenomenon of a liftoff height decreasing as increasing fuel velocity, to analyse the flame structure and behavior of the lifted jet, and to explain the mechanisms of flame stability in hydrogen turbulent non-premixed jet flames. The hydrogen jet velocity was changed from 100 to 300m/s and a coaxial air velocity was fixed at 16m/s with a coflow air less than 0.1m/s. For the simultaneous measurement of velocity field and reaction zone, PIV and OH PLIF technique was used with two Nd:Yag lasers and CCD cameras. As a result, it was found that the stabilization of lifted hydrogen diffusion flames is correlated with a turbulent intensity and Karlovitz number.