• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.33 no.5
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• pp.1-8
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• 2005

Flows in segmented arc-heaters have been calculated for prediction of experimental operating condition or for analysis and design of arc-heater itself. Some researchers succeeded in calculating accurately inner flows of a arc-heater, but could not made mathematical models which satisfy various operating conditions for many arc-heaters. this study is forced on turbulence for the generality of mathematical model. Instead of algebraic turbulence models which are frequently used for calculating inner flow of arc-heater, two equation turbulent models are used. Prediction results agree well with experiment data and it was confirmed that $k-\varepsilon$ two equation turbulence model is appropriate for a flow in an arc heater throughout extensive numerical testing.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 2008.03b
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• pp.197-200
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• 2008

The existing computer code to solve the air flow in a segmented constrictor-type arc-heated wind tunnel named ARCFLO4 is improved to accept an air-argon mixture as the working gas and to consider the separated injection of air and argon. The new version of the code is used to calculate the flows in the Aerodynamic Heating Facility of NASA Ames Research Center where argon concentration is relatively high. The calculation shows that argon tends to increase the diameter of the arc-column, increase ionization fraction, decrease thermal efficiency of the arc-heater, and push the ratio of the centerline-to-average enthalpy toward unity. The calculated operating characteristics of the arc-heater agree well with the experimental data.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.41 no.9
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• pp.700-707
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• 2013

Experimental analyses on a supersonic plasma wind tunnel of CBNU (Chonbuk National University) were carried out. In these experiments, a segmented arc heater was employed as a plasma source and operated at the gas flow rates of 16.3 g/s and the total currents of 300 A. The input power reached ~350 kW with the torch efficiency of 51.4 %, which is defined as the ratio of total exit enthalpy to the input power. The pressure of plasma gas in the arc heater was measured up to 4 bar while it was down to ~45 mbar in a vacuum chamber through a Laval nozzle. During this conversion process, the generated supersonic plasma was expected to have a total enthalpy of ~11 MJ/kg from the measured input power and torch efficiency. In addition to the measurement of total enthalpy, a cone type probe was inserted into the supersonic plasma flow in order to estimate the angle between shock layer and surface of the probe. From these measurements, the temperature and the Mach number of the supersonic plasma were predicted as ~2,950 K and ~3.7, respectively.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 2010.05a
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• pp.562-566
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• 2010

Numerical analysis of 150kW Huels-type arc jet was performed using compressible Navier-Stokes CFD code. To consider chemical reaction by high temperature, the flow was assumed to be chemical equilibrium states. As a turbulence and a radiation model, the two-equation k-epsilon model and the 3-band radiation model were adopted, respectively. Mass flow rate and current density were given as conditions for calculations. In this study, two kinds of mechanisms for injection of air flow wire considered. One is that air is provided by left wall surface and the other is that air is injected from upper wall surface. The pressure, density and temperature contours of two cases were compared and heat transfer rates were estimated. The numerical results of two cases were not much different to each other. However, in real 150KW device, air is injected from upper wall surface with swirl. To calculate more accurately, swirl effect is must be considered.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.222.1-222.1
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• 2016

전북대학교 고온플라즈마응용센터에 구축된 0.4 MW 급 분절형 아크 가열 풍동은 초음속 비행과 우주 비행체의 지구 재진입 조건에서의 유사한 환경 모사가 가능하다. 극한상황에서의 고엔탈피 플라즈마 유동은 내열재료의 삭마 거동 연구와 고온재료의 성능평가에 중요한 역할을 수행 할 수 있다. 이러한 고엔탈피 초음속 플라즈마 유동장의 플라즈마 특성 평가 및 진단은 플라즈마와 내열재료의 상호작용 연구에 중요한 변수를 갖는다. 이를 위해 열유속 탐침, 쐐기 탐침, 고속 카메라 및 광분광기 등의 측정장비를 사용하여 열유속, 초음속 플라즈마의 속도, 플라즈마의 방전특성을 관찰하였다. 본 실험에서 사용된 분절형 아크 토치는 마하 3의 속도 유지하기 위해 토치 내부 압력 4 bar, 반응기 압력 40 mbar를 유지하였다. 토치에 공급되는 Ar(5%)+Air(95%)의 방전기체의 유량은 15 g/s 로 토치에 주입 되었다. 또한, 플라즈마 토치에 가해지는 입력전류는 200A ~ 350A로 10MJ/kg 이상의 엔탈피를 갖는 초음속 플라즈마 유동을 형성하였다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.148-155
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• 2011

In this study, numerical analysis was performed for 150kW arc heater and inflow around specimen was studied. Pressure, voltage, etc. were similar to experimental data, however efficiency was over estimated. In order to correct efficiency, swirl effect and modified radiative heat flux using configuration factor were considered. It was shown that Swirl had little effect on efficiency although radiative heat flux played an important role on decreasing the efficiency of arc heater. In addition, non-equilibrium analysis that plasma flows moves from an arc heater's nozzle to a specimen were performed.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.273-273
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• 2010

고열부하 환경에 노출되는 핵융합로의 플라즈마 대향부품은 주로 낮은 원자번호 물질-열전도가 좋은 물질-구조체의 순으로 다층 구조를 이루고 있으며, 이들 간의 우수한 접합성은 부품의 성능을 좌우하는 핵심 요소이다. 이러한 플라즈마 대향부품의 건전성을 평가하기 위해서는 고열속의 열부하를 반복적으로 인가하는 시험이 요구되며, 이를 위해 본 연구원에서는 KoHLT-1, 2의 시험시설을 운용하고 있다. 본 시설에서는 열부하원으로서 그라파이터 히터를 사용하며, 히터는 두 개의 시험 대상부품 사이에 설치되고, 히터에 고전류를 인가하여 복사열에 의해 시험 부품에 열부하를 가하게 된다. 고열부하 환경에서 열피로 시험을 위해 히터에 인가되는 전류를 시간에 따라 일정한 패턴으로 반복적으로 ON-OFF 하게 된다. 본 논문에서는 이러한 고열부하시험을 수행함에 있어 고려해야 할 여러 가지 요소에 대해 논의하였다. 우선 인가하는 열유속(heat flux) 값은 일차적으로 시험시설의 최대 출력에 의해 좌우되며, 시험대상물의 운전조건 및 열부하 반복횟수에 의해 결정된다. 열부하 반복횟수는 주어진 열유속 값에 대해 total strain이 파단에 이르는 수준에 의해 결정된다. 열부하를 인가하는 시간은 히터에 전류를 인가했을 때 요구되는 온도로 상승하는 데 걸리는 시간과 시험대상물의 온도가 더 이상 증가하지 않는데 걸리는 시간에 의해 좌우된다. 냉각시간은 길수록 시험대상물의 온도가 냉각수의 온도에 접근하게 되나 너무 길어지면 시험시간이 급격히 증가하게 되므로, 온도 감소 곡선을 검토하여 적절한 시간을 정하게 된다. 열유속 측정은 냉각수의 온도 상승값과 유량으로부터 계산하게 되며, 정확한 측정을 위해서는 열부하를 인가하는 시간이 충분히 길어야 한다. 또한 시험대상 부품에서 열부하가 인가되는 면적을 정확히 정의해야 하며, 냉각관로에 열부하가 인가되어서는 않된다. 또한 시험대상부품을 지지하는 지지구조체를 통한 열손실을 최소화해야 정확한 열유속을 측정할 수 있다. 시험대상부품을 설치할 때 히터와의 간격 또한 결정해야 할 중요한 요소이며, 간격이 좁을수록 최대 열유속 값을 증가시킬 수 있으나, 너무 가까운 경우 히터의 열변형에 의한 접촉 및 아크 방전의 가능성이 있으며, 이 경우 히터와 시험대상부품의 손상을 가져오게 된다. 시험대상물이 국제열핵융합로(ITER)의 일차벽과 같이 베릴륨이 포함되어 있는 경우 방전에 의한 손상은 인체에 유해한 오염의 원인이 될 수 있다. 또한 순간적인 방전은 고가의 고전류전원의 고장을 유발할 수도 있다. 열부하 시험 중 시험대상물의 온도를 정확히 측정하는 것은 필수적이며, 온도 변화 곡선으로부터 시험대상물의 건전성 여부를 판단할 수 있다. 이를 위해 변화를 가장 잘 탐지 할 수 있는 위치에 온도 센서를 설치하는 것이 관건이며, 이는 사전 분석을 통해 알 수 있다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.38 no.12
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• pp.1240-1246
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• 2010

Enthalpy probe with the inner and outer diameters of 1.5 mm and 4.8 mm, respectively, is designed and used to measure the temperatures and velocities along the centerline of Ar arc plasma flow until the probe was destroyed. For this purpose, Ar arc plasma flow is generated by non-transferred type DC arc heater with the power level of 17 kW. From this experiment, it is shown that the designed enthalpy probe can measure the temperature and velocity of arc plasma flow up to 12,000 K and 600 m/s, respectively, without destroy of probe tip. In this extreme case, the arc plasma flow is calculated to transfer the heat flux of ${\sim}5{\times}10^7\;W/m^2$ to the probe based on the heat and thermal boundary equations near the forward stagnation point of a body immersed in arc plasma flow. Consequently, the designed enthalpy probe can measure the wide ranges of plasma temperatures, velocities and concentrations simultaneously, which are generated by various types of arc heaters within the heat flux ranges of $0{\sim}5{\times}10^7\;W/m^2$ on the probe tip.

• Fire Science and Engineering
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• v.34 no.3
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• pp.76-84
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• 2020

Most outlet fires occur around plug pins and plug pin receivers. However, no research has been conducted on ignitions at power connection points. This study confirms the possibility of ignition after incomplete connection, using a stranded wire, to the power connection point of an outlet. The experiment was divided into basic and reproducing experiments. The basic experiment confirmed the possibility of ignition according to the number of wire strands connected to the power connection point, and it identified the characteristics of the residue after the fire. In the reproducing experiment, lamps, vacuum cleaners, and heaters were connected to an outlet to check if the ignition at the connection advanced into a fire. The fire advanced due to the heat and arc generated at the connection point, and partial losses were identified in the U-type holder and clip. Accordingly, the results demonstrate that a fire may occur when the stranded wire is incompletely connected to the outlet. Moreover, it was confirmed that the cause of a fire can be determined based on the characteristics of the residue.