• 한국추진공학회지
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• 제19권3호
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• pp.20-28
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• 2015

본 논문에서는 다축의 핀틀 노즐을 장착한 고체 추진기관의 성능 변수를 이론적으로 분석하고 동적 모델링하였다. 이렇게 수립된 모델을 이용하여 시스템 동적 특성의 지배 변수를 파악하기 위하여 동적 분석을 수행하였다. 해당 시스템에 대한 모델을 수립하기 위해서는 기존의 연소 시스템에 대한 이론적인 모델과 함께 핀틀이 구동함에 따라 발생하는 동역학적 특성을 분석하여 모델에 포함시켜야 한다. 다축의 핀틀 노즐을 장착한 추진기관은 정상상태의 성능은 물론 정밀한 추력의 제어를 위해 응답시간과 같은 과도상태의 동적 특성 역시 중요한 설계 조건이 된다. 따라서 수립한 모델을 기반으로 개루프 시스템의 응답시간 특성을 분석하고, 압력 제어를 통해 응답시간에 대한 요구 조건을 만족할 수 있도록 하였다.

• 청정기술
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• 제25권4호
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• pp.316-323
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• 2019

대기 오염 물질 저감과 연소 효율 증가를 위해서 연소 환경 내 일산화탄소를 정밀하게 측정하는 것은 필수적인 요소이다. 일산화탄소(carbon monoxide, CO)는 불완전 연소 때 급격히 증가하며 질소산화물(nitrogen oxide, NOx)과 Trade-off 관계로 오염 물질 배출량과 불완전 연소 반응에 기여하는 중요한 가스종이다. 특히, 대형 연소 시스템 중 열처리로의 경우, 강판 표면위 산화층 형성을 억제하기 위해 과잉 연료 조건에서 환원 분위기로 운전이 진행된다. 이는 많은 양의 미연분 일산화탄소가 배출되는 원인이기도 하다. 하지만 연소 환경 내에서 일산화탄소 농도는 불균일한 연소 반응과 열악한 측정 환경으로 인하여 실시간 측정이 어렵다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서 광학적 측정 방식인 파장 가변형 다이오드 레이저 흡수 분광법(tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)이 각광을 받고 있다. TDLAS 기법은 열악한 현장 측정, 빠른 응답성, 비접촉식 방식으로 연소 환경 내 특정 가스종 농도 측정에 적합하다. 본 연구는 과잉 연료 조건에서 당량비 제어를 위한 연소시스템을 제작하였으며 연소 배기가스 생성을 위해 LPG/공기 화염을 이용하였다. 당량비 변화에 따른 CO 농도 측정은 TDLAS와 Voigt 함수 기반 시뮬레이션으로 분석하였다. 또한 연소 생성물로부터 간섭이 없는 CO 광 흡수 영역 확보를 위해 근적외선 영역의 4300.6 cm^-1을 선택하여 실험을 진행하였다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2004년도 추계학술대회
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• pp.1122-1127
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• 2004

an isolated droplet combustion exposed to pressure perturbations in stagnant gaseous environment is numerically conducted. Governing equations are solved for flow parameters at gas and liquid phases separately and thermodynamic parameters at the interfacial boundary are matched for problem closure. For high-pressure effects, vapor-liquid interfacial thermodynamics is rigorously treated. A series of parametric calculations in terms of mean pressure level and wave frequencies are carried out employing a n-pentane droplet in stagnant gaseous air. Results show that the operating pressure and driving frequency have an important role in determining the amplitude and phase lag of a combustion response. Mass evaporation rate responding to pressure waves is amplified with increase in pressure due to substantial reduction in latent heat of vaporization. Phase difference between pressure and evaporation rate decreases due to the reduced thermal inertia at high pressure. In addition to this, augmentation of perturbation frequency also enhances amplification of vaporization rate because the time period for the pressure oscillation is much smaller than the liquid thermal inertia time. The phase of evaporation rate shifts backward due to the elevated thermal inertia at high acoustic frequency.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2002년도 제24회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
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• pp.52-60
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• 2002

A two-dimensional direct numerical simulation is performed to investigate the flame structure of $CH_4/N_2-Air$ counterflow nonpremixed flame interacting with a single vortex. The detailed transport properties and a modified 16-step augmented reduced mechanism based on Miller and Bowman's detailed reaction mechanism are adopted in this calculation. To quantify the strain on flame induced by a vortex, a scalar dissipation rate (SDR) is introduced. Results show that the fuel and air-side vortex cause an unsteady extinction. In this case, the flame interacting with a vortex is extinguished at much larger SDR than steady flame. It is also found that air-side vortex extinguishes a flame more rapidly than fuel-side vortex. The unsteady effect induced by flame-vortex interaction does not lead to a transient OH overshoot of the maximum steady concentration observed in experiment, while $HO_2$ radical increases more than the maximum steady concentration with increasing SDR. In addition, it is seen that NO and $NO_2$ are not sensitive to the unsteady variation of SDR.

• 한국추진공학회지
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• 제8권2호
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• pp.73-84
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• 2004

로켓모터의 성능을 확인하기 위해 지상에서 연소시험을 수행하여 추력, 압력, 온도. 그리고 변형률 등 필요한 데이터를 계측하지만 측정된 추력은 시험대 동특성으로 인해 실제 추력과는 달리 과도진동이 포함된 왜곡된 형태를 나타낼 수 있다. 이러한 경우에는 추력 최대치나 추력 상승시간 등 로켓모터의 성능을 결정하는 값들의 정확한 값을 얻지 못할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 추력 왜곡 현상의 원인을 분석하고 그 문제점을 해결하기 위한 이론적인 방법을 제안한다. 또한 제안된 방법을 가상 시험대에 적용하여 제안한 방법의 적용 가능성을 확인하고, 차후 실험 데이터를 이용한 추력 추정의 기본적인 방향을 제시하고자 한다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년도 제30회 춘계학술대회논문집
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• pp.295-298
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• 2008

램제트 추진 시스템 제어를 위한 모델링 기법에 대한 연구를 수행하였다. 연료공급시스템은 동적 메커니즘을 묘사하기 위해 전형적인 2차 시스템 모델을 사용하였으며, 이로부터 연료공급시스템의 계단 응답특성을 계산하고 이에 상응되는 연소실 압력섭동과 종말 충격파의 위치 변화 관계를 파악하였다. 압력섭동과 종말 충격파 간의 상관관계를 도출하기 위하여 연소실 압력은 일정한 주기와 진폭을 갖는 사인파로 모델링하여 종말충격파의 거동에서 나타나는 위상차를 확인하였다. 본 연구를 통해 시스템의 작동에 대한 물리적인 이해를 도모하며, 시스템의 동적 특성이 엔진 작동에 미치는 영향을 살펴보았다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년도 제30회 춘계학술대회논문집
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• pp.18-21
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• 2008

로켓엔진 연소기의 음향 안정성 향상을 위해 고안된 반파장 공명기의 음향학적 설계를 실험적으로 연구하였다. 표준 음향시험 절차에 따라 음향파 응답 신호가 측정되었다. 신호를 토대로, 감쇠인자와 흡음계수가 정량적으로 평가되었고, 이로부터 공명기의 음향감쇠 성능을 파악하였다. 공명기의 직경과 개수, 분포가 공명기의 설계 인자로 채택되었다. 직경이 증가함에 따라 음향감쇠 효과가 증가하였다. 경계흡수 계수가 감소함에 따라 최적 공명기 개수가 감소함을 알았다. 공명기의 open-area 비가 최적값을 초과할 때 과감쇠가 발생하였고, 이로 인해 음향 감쇠 효과가 저하됨을 관찰하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2009년도 제33회 추계학술대회논문집
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• pp.399-402
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• 2009

로켓엔진 연소기의 음향 불안정 억제를 위해 헬름홀츠 공명기의 음향학적 최적 설계 설계조건을 실험적, 해석적으로 연구하였다. 표준 음향시험 절차에 따라 음향파관에 공명기를 장착하여 음향파응답 신호를 측정하였다. 측정된 신호를 토대로, 흡음계수를 계산하였고, 이로부터 공명기의 음향감쇠 성능을 파악하였다. 헬름홀츠 공명기를 스프링-댐퍼 시스템으로 상사하여, 음향학적 감쇠성능을 이해하였다. 헬름홀츠 공명기의 설계변수로 목의 길이와 공동의 크기 등을 선택하였다. 공동의 크기가 커질수록 흡음성능이 증가하였고, 목 길이가 길어질수록 흡음성능이 감소하였다.

• 한국연소학회지
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• 제9권2호
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• pp.10-17
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• 2004

A two-dimensional direct numerical simulation is performed to investigate the flame structure of $CH_4/N_2-Air$ counterflow nonpremixed flame interacting with a single vortex. The detailed transport properties and a modified 16-step augmented reduced mechanism based on Miller and Bowman#s detailed reaction mechanism are adopted in this calculation. To quantify the strain on flame induced by a vortex, a scalar dissipation rate (SDR) is introduced. The results show that fuel-side and air-side vortex cause an unsteady extinction. In this case, the flame interacting with a vortex is extinguished at much larger SDR than steady flame. It is also found that air-side vortex extinguishes a flame more rapidly than fuel-side vortex. The unsteady effect induced by flame-vortex interaction does not lead to a transient OH overshoot of the maximum steady concentration observed in experiment, while $HO_2$ radical increases more than the maximum steady concentration with increasing SDR. In addition, it is seen that NO and $NO_2$ are not sensitive to the unsteady variation of SDR.

• 한국연소학회지
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• 제22권1호
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• pp.32-38
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• 2017

This paper shows the dynamics of the Burke-Schumann flame. To show flame dynamics, this paper measures the flame surface and heat release rate. The flame shape is divided into three types with forcing frequencies. When the forcing frequency is lower than 120 Hz, the upper region of flame is cut. The flame is stagnant with 220 to 280 Hz forcing frequencies. The rest conditions of forcing frequencies make the connected wave shape of flame. The heat release rate is expressed by the flame transfer function. The gain of the flame transfer function is similar with the oscillation magnitude of the flame area except for flame cutting conditions. The flame is cut because the fuel is not supplied to upper flame region.