• 대한기계학회논문집
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• 제16권8호
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• pp.1552-1565
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• 1992

본 연구에서는 공기와 연료의 혼합을 원활하게 함으로써 완전연소가 가능하도 록 하기 위하여 이용되는 스월 및 스쿼시 유동이 연소실 내부유동장 변화에 미치는 영 향을 조사하기 위하여 흡입행정 및 연료분무 직전까지의 압축행정에 대해 연소실 내부 유동장을 수치해석하고자 한다.수치해석에는 EPISO-SPRAY 코드를 수정, 보완하여 이용했는데 이 코드는 미국 Los Alamos 연구소를 중심으로 개발된 CONCHAS 계열이나 KIVA 계열의 코드와는 달리 밸브의 개폐운동을 처리할수 있도록 구성되어 있다. 난류모델은 피스톤의 압축 및 팽창에 따른 밀도변화를 고려하여 수정한 k-.epsilon. 모델을 이용한다. 계산은 편심밸브를 갖는 두가지 연소실 형상, 즉 피스톤 보울이 없는 경 우와 피스톤 보울이 있는 경우의 연소실에 대해 선회비를 변화시키며 ATDC 0도부터 ATDC 340도까지의 연료분무가 없는 경우의 3차원 유동장 해석을 통해 흡입 공기가 갖 는 스월과 압축행정 말기에 보울 형상에 따라 발생하는 스쿼시 유동이 유동장 변화에 미치는 영향을 조사하고 기존의 실험치 및 수치해석 결과들과 정성적으로 비교하고자 한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제48권11호
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• pp.889-902
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• 2020

본 연구에서는 직접 연결식 초음속 연소기에서 설계점을 만족하는 초음속 유동의 형성유무 및 안정화 소요시간을 확인하기 위한 수치해석이 수행되었다. 이를 위하여 연소식 공기 가열기 하류의 고압 유동이 초음속 연소기로 전파되며 초음속 유동장을 형성해가는 과정을 살펴보았다. 압력 및 온도 분석을 통해, 초음속 유동장이 설계점인 마하수 2.0, 1,000 K을 만족하며, 최소 4.0 ms의 안정화 시간이 필요함을 확인하였다. 따라서 초음속 연소시험에서 연료분사 이전에 유동 안정화에 필요한 시간을 고려해야 함을 알 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2003년도 제20회 춘계학술대회 논문집
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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.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1999년도 제13회 학술강연논문집
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• pp.30-30
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• 1999

추진기관의 연소실과 같이 큰 열부하를 받는 경우 막냉각은 연소실을 보호하기 위해서 사용되는 대표적인 냉각기법이다. 막냉각의 성능을 극대화하기 위해서는 냉각유체를 2차원 슬롯을 통해서 분사시키는 것이 가장 효율적이지만 여러 가지 이유 때문에 실제 적용에 있어서는 슬롯입구 부근에 작은 구멍을 만들어 이로부터 분사되는 유체를 통해서 냉각시키게 된다. 본 연구에서는 주어진 덕트에서 분사율, 분사방법, 슬롯의 형상에 따른 슬롯 출구에서의 유동장 및 온도장 측정과 함께 물질전달 방법을 이용하여 슬롯 립(slot lip) 내벽에서 자세한 국소 열/물질전달계수를 구하였다. 분사율 0.5와 1.0에 대해서 주유동과 같은 방향으로 분사시켜줄 경우와, 유동을 제한시켜 주고 이차유동의 방향을 각각 주유동과 같은 방향과 반대방향으로 분사시키는 방법에 대하여 실험하였으며, 슬롯 입구에 경사슬롯을 설치하여 냉각유체를 분사시키는 방법에 대해서 실험하였다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1998년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.21-25
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• 1998

탈황설비 배관내 연소가스의 삼차원 유동장에 대한 전산해석을 수행하였다. 복잡한 형상으로 주어진 배관내의 유동장 특성을 관찰하고 압력손실을 계산하였다. 특히 안개깃의 설치유무에 따른 유동장 특성 변화 및 압력손실 감소효과를 집중적으로 고찰하였다. 안내깃의 설치에 따라 유량배분이 적절하게 되고 압력손실이 현저하게 줄어듬을 알 수 있었다. 배관에서의 압력손실을 계산하여 배관설계 및 송풍기 용량 산정의 적절성을 확인할 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2000년도 제14회 학술강연논문집
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• pp.5-5
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• 2000

액체 추진 로켓 엔진의 고주파 연소 불안정 관련 이론은 대체로 연소기 내부의 음향 공명 모드와 분무 연소 과정의 상호 작용을 구동 메커니즘으로 전제하며 Rayleigh Criterion의 재해석에 기초하여 불안정성 평가를 위한 매개변수를 도입하고 연소 불안정성을 예측한다. 여기에는 음향장 분석 이론, 음향 불안정 이론, 연소응답 및 기화반응 이론 등이 포함된다. 본 연구에서는 LOX/RPl 추진제 조합의 액체 추진 로켓 엔진 연소기를 대상으로 다차원 순수 음향장 해석과 연소-음향장 분석을 통해 대상 엔진의 고주파 연소 불안정 특성을 예측하였다. 수동 제어 기기인 음향공 설치에 따른 연소기의 음향장 및 연소-음향장의 특성 변화를 고찰하고 위 결과를 종합하여 음향공의 연소 불안정 억제 성능 및 대상 엔진의 연소 불안정성을 평가하였다. 연소기 형상 및 음향공 설치에 따른 다차원 순수 음향장 해석은 상용코드인 ANSYS를 사용하여 수행하였다. 내부 유체는 압축성, 비점성 유체로 유체의 평균 유동은 무시하며 위치에 관계없이 균일한 물성치를 부여하였다. 정상상태 연소과정을 가정하고 평형 화학을 이용한 분석 결과로부터 연소 기체의 관련 물성치를 결정하였다. 연소기 길이 방향, 반경 방향, 원주 방향 격자점들의 음향 특성을 주파수 영역에 대해 해석하고 3차원 음향 모드 형상을 토대로 음향장을 분석하였다. 연소-음향장 해석은 음향 불안정 이론 중 n- $\tau$ 2 매개변수 기법을 사용하였다. 연료 액적의 분무 연소 과정을 1차원적으로 가정하고 정상상태의 평형 화학 계산 결과를 이용하여 엔진의 연소면을 1차원적으로 설정하였다. 상류 연소응답과 중립 안정 곡선을 토대로 대상 엔진의 연소 불안정 특성을 분석하였다.구 분석 결과 기술적 문제점으로는 배기 가스온도가 낮은데 따른 출구 부분의 Bearing, Sealing이 문제가 될 수 있다고 판단되며 배기 가스 자체에 대기 공기중에 함유되어 있던 습기가 얼어붙는(Icing화) 문제가 발생하기 때문에 배기가스의 Icing을 방지하기 위하여 압축기 끝단에서 공기를 추출하여 배기부분에 송출할 필요성이 있는 것으로 판단되었다. 출구가스의 기체 유동속도가 매우 빠르므로 (100-l10m.sec) 이를 완화하기 위한 디퓨저의 설계가 요구된다고 판단된다. 또 연소기 후방에 물을 주입하는 경우 열교환기 및 기타 부분품에 발생할 수 있는 부식 및 열교환 효율 저하도 간과할 수 없는 문제로 파악되었다. 이러한 기술적 문제가 적절히 해결되는 경우 비활성 가스 제너레이터는 민수용으로는 대형 빌딩, 산림, 유조선 등의 화재에 매우 적절히 사용되어 질 수 있을 뿐 아니라 군사적으로도 군사작전 중 및 공군 기지의 화재 그리고 지하벙커에 설치되어 있는 고급 첨단 군사 장비 등의 화재 뿐 아니라 대간첩작전 등에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.가 작으며, 본 연소관에 충전된 RDX/AP계 추진제의 경우 추진제의 습기투과에 의한 추진제 물성 변화는 미미한 것으로 나타났다.의 향상으로, 음성개선에 효과적이라고 사료되었으며, 이 방법이 편측 성대마비 환자의 효과적인 음성개선의 치료방법의 하나로 응용될 수 있으리라 생각된다..7%), 혈액투석, 식도부분절제술 및 위루술·위회장문합술을 시행한 경우가 각 1례(2.9%)씩이었다. 13) 심각한 합병증은 9례(26.5%)에서 보였는데 그중 식도협착증이 6례(17.6%), 급성신부전증 1례(2.9%), 종격동기흉과 폐염이 병발한 경우와 폐염이 각 1례(2.9%)였다. 14)

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1998년도 제11회 학술강연회논문집
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• pp.3-3
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• 1998

액체추진제 로켓엔진 연소실에는 고유모드에 대응하는 음향파동이 내재되며 이러한 음향파동은 연소와의 상호작용을 통하여 불안정한 음향에너지를 공급받아 증폭되며 결국에는 연소불안정 상태에까지 이르게 된다. 이와 같은 불안정한 상태에 이르기 위해서는 연소로부터 되먹임되는 불안정 에너지의 양이 충분히 크고 구동 음향파동에 근접한 위상을 가져야 한다. 이와 같은 구동 메커니즘을 구성하는 상세한 물리적 현상들을 규명하고 예측하기 위한 많은 연구들이 보고되었으며, 이들 중 이론적인 시간 지연 모델을 사용하는 음향적인 방법은 매우 경제적인 반면 연소 현상에 대한 상세한 모사가 생략되어 연소 불안정의 구체적인 원인을 규명하는데 어려움이 있고, 파동 방정식에 의하여 연소실 내부의 파동 에너지 증가를 예측하는 방법은 연소기 내에서의 연소 메커니즘에 대한 고려 없이 연소에 의해 발생하는 에너지만을 포함하는 단점과 선형적인 연소 불안정에만 제한된다는 제한이 있다. 음향장과 커플된 기화반응 모델은 분무액적의 기화 과정이 추진제 연소의 지배과정이라는 가정 하에 연소응답을 기화반응으로 대체하는 방법으로, 역시 단시간 내에 결과를 얻을 수 있다는 장점이 있으나 기화반응으로부터 음향파동으로의 에너지 되먹임 과정이 배제되어 있어 정확한 결과를 구하기는 어렵다. 이에 대하여 최근에는 전산 모사적인 방법을 사용하는 대규모의 연소장 해석이 가능하여 짐으로써 음향파동에 의한 외란과 에너지 되먹임과정을 모두 포하마여 수치적인 방법을 사용하여 계산하는 액체추진제 로켓엔진의 고주파 연소불안정 해석방법들이 제시되고 있다.안정성 모드가 있음을 보였다. 밀도 변화가 있는 경우나 밀도 변화가 없는 경우 모두 sinuous 모드의 가장 불안정한 모드가 varicose 모드의 가장 불안정한 모드보다 더 불안정함을 보여주어 후류 유동은 자유 유동에 가까운 위상 속도를 가지는 sinuous 모드에 의해 지배될 것임을 예측할 수 있다. 연소반응이 완전연소에 가까울수록 그리고 압축성 효과가 클수록 유동내부의 온도가 증가하고 점성 또한 증가하여 후류유동은 안정됨을 알 수 있었다 유동변수들의 contour로부터 유동의 특성을 예측한 결과 baroclinic 항이 dilatational 항보다 상대적으로 크며, 중심선 상하에 생기는 vortex를 더욱 성장시킬 것으로 생각된다.냉각 홀의 막임, 연소 입자의 점착 부위 등을 예측하여 보완책을 준비할 수 있도록 하였다.$mm^2$sec였으며, 이는 다른 graphite/epixy 복합재의 확산계수와 유사한 값을 나타내고 있다. 또한 추진제가 충전된 연소관을 절단하여 밀폐한 후 95%RH 습도 조건에 보관함으로써 연소관 내부의 추진제 기계적 특성에 미치는 침투된 습기의 영향도 함께 고찰하였다. 추진제에 따라 차이는 있겠으나 추진제가 충전된 연소관은 순수 복합재 연소관에 비해 습기의 투과 정도가 작으며, 본 연소관에 충전된 RDX/AP계 추진제의 경우 추진제의 습기투과에 의한 추진제 물성 변화는 미미한 것으로 나타났다.의 향상으로, 음성개선에 효과적이라고 사료되었으며, 이 방법이 편측 성대마비 환자의 효과적인 음성개선의 치료방법의 하나로 응용될 수 있으리라 생각된다..

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2007년도 제29회 추계학술대회논문집
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• pp.381-386
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• 2007

액체 연료를 사용하는 가스터빈 연소기에서의 분무 및 연소 특성을 알아보기 위해 본 연구에서는 KIVA-3V를 이용하여 애뉼러형 모형 가스터빈 연소기에서 Jet-A의 분무와 연소에 의한 열유동 현상을 수치해석을 통하여 연구하였다. 홀을 통해 유입되는 냉각유동이 있을 경우, 유입 유동이 최적화되지 않으면 액체연료의 분무는 주위 유동장의 영향을 크게 받아 후류에서 SMD가 증가하고, 등가비의 수직적 분포가 일어나기 어렵게 된다. 화염이 연소실의 중앙 부분에서 좌우로 넓게 발생하며, 유동에 의해 화염의 후류가 갈라지는 현상이 있었으며 이로 인해 화염중심부가 분리되고 국소적인 고온부가 생성되어 NO의 발생이 증가하는 영역이 발생하였다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1997년도 추계학술발표회 논문집
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• pp.93-98
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• 1997

도시폐기물의 효율적인 소각 처리를 위해서 폐기물 처리량 50 ton/day의 화격자 소각로를 대상으로 화학반응을 고려하여 연소실 내부의 열유동 현상을 전산모사하였다. 수치해석 프로그램으로 상용코드인 PHOENICS를 사용하여 3차원 모사를 하여 실험으로 파악할 수 없는 연소실 내부의 유동 및 폐기물과 산화제와의 반응을 계산하였다. 건조부, 주연소부, 후연소부에 1차연소용공기, 연료의 분포 및 폐기물의 발열량이 노내 열유동 현상에 미치는 영향을 조사하였다. 1차연소용 공기의 분포에 따라 노내 유동장의 형태에 변화가 있었으며, 벽면에서의 복사열전달을 고려한 경우 2차연소실과 출구근처에서 온도분포가 파일롯트 플랜트 실험결과와 잘 일치하는 r서으로 나타났다.

• 에너지공학
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• 제4권1호
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• pp.115-125
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• 1995

본“천연가스 다단연소기술 연구”는, 공업적으로 널리 쓰이는 선회확산 방식으로 천연가스를 연소시킬 때 그 연소 특성과 발생되는 환경오염물질인 일산화탄소(CO)와 질소산화물(NOX)의 저감에 대한 연구로서, 천연가스의 난류확산화염과 선회확산화염의 유동장, 온도장, 농도장을 실험과 수치해석을 통하여 분석하여 각각 연소방식의 화염구조와 특성을 규명하고 해석하였다. 그리고 그 결과를 토대로하여 다단확산 연소실험 장치를 제작 다단확산연소의 중요한 인자인 1차당량비, 2차공기주입위치, 유속, 선회도 등을 변화시켜 질소산화물 저감과 높은 연소효율을 얻을 수 있는 최적의 연소조건을 찾아 내었다. 본고에서는 실험부분만을 간추려 발표하고 수치해석 부분은 다음 기회로 미루고자 한다.