• 대한환경공학회지
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• 제32권2호
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• pp.165-174
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• 2010

석탄 가스화 반응을 모델링하여 습식분류층 석탄 가스화기의 반응특성에 대한 수치해석적 연구를 수행하였다. 본 연구의 목적은 신뢰성 있는 수치해석기술을 이용하여 가스화 장치의 기본설계와 더불어 최적 운전조건의 설정에 있다. 석탄 가스화 반응은 복사가 관여하는 고체와 기체의 이상 난류반응으로서 수증기 증발로부터 휘발화, 촤와 가스의 반응 등 일련의 연소반응의 구조를 가진다. 본 연구에서는 실험과 수치해석적인 방법을 병행하여 연구를 수행하였으며 한국에너지기술연구원에 설치된 1톤 규모의 실험용 가스화기를 대상으로 하였다. 본 연구에서는 기본적으로 상용프로그램을 사용하였으며 석탄 가스화 반응해석에 필요한 여러 서브루틴을 개발하여 해석하였다. 세부 반응 서브루틴의 난류반응은 기본적으로 에디붕괴모델에서 화학적 반응속도의 개념을 조화평균의 형태로 사용하였다. 그리고 석탄입자궤적은 라그란지안 접근방식을 선택하였으며 입자의 궤적 계산에서 저항력에 나타나는 난류비선형적인 문제에 대한 모델도 고려하였다. 이와 같이 개발된 프로그램은 실험에서 얻어진 가스농도와 온도분포 그리고 냉가스 효율 등의 자료들과 비교하여 성능을 일차적으로 검토하였다. 석탄의 입자크기분포, 석탄 슬러리 농도, 그리고 가스화기의 형상변화는 가스화 성능에 직접적으로 영향을 주며 이를 합성가스 생성량과 냉가스 효율을 통해 비교 검토하였다. 본 연구 결과가 비록 물리적으로 타당하고 변수연구의 일관성을 보여주나 기류층 석탄가스화 반응장치의 복잡성을 고려하여 볼 때 보다 많은 실험결과에 대한 정교한 모델검증 노력이 신뢰성 있는 프로그램의 완성에 필요할 것으로 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권5호
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• pp.572-579
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• 2009

본 연구에서는 분진폭발에 있어서 기초적 현상을 규명하고 분진의 화염구조와 메커니즘에 대하여 실험적으로 조사하였다. 실험장치는 길이 1.8 m, 단면이 0.15 m의 정방형인 수직연소관을 사용하였으며, 덕트 내를 전파하는 상방 분진층류화염과 화염면에 대하여 고속카메라를 사용하여 가시화하였다. 또한 슐리렌, 이온프로브, 열전대 등을 사용하여 예열대 및 반응대의 두께를 측정하였다. 석송자 분진화염의 예열대 두께는 4~13 mm로 탄화수소가스의 예혼합기 화염보다도 수배 크다. 입자화상유속법(PIV)에 의한 해석 결과, 예열대에서의 미연소 입자의 체류 시간은 입자의 열분해가스 생성에 필요하며, 체류시간은 화염전파속도, 입자속도 및 예열대 두께에 의존하는 것을 알았다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제40권3호
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• pp.165-173
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• 2016

2011년 3월 11일 리히터 스케일 9.0의 강진과 10-14m파도로 인해 Fukushima Daiichi(FD) 원자력 단지의 주전력과 보조전력이 끊어져 냉각장치가 작동하지 않았고 노심의 열이 제거되지 못해 폭발이 일어나는 사고가 발생했다. 노심의 열이 제거되지 못하면 핵연료 피복재인 지르칼로이(zircaloy)와 같은 금속이 고온 상태에서 수증기와 산화 반응하여 수소를 발생시킨다. 발생된 수소는 격납건물로 방출되는데 방출된 수소가 연소하는 경우 격납건물의 안정성에 영향을 줄 정도의 큰 충격을 유발할 수 있는 수소폭발로 이어질 수 있다. 본 연구에서는 격납건물 내부의 수소 분포를 분석한 연구 [1]에서 제시한 폭발의 위해도가 높은 영역에 대하여 폭발해석을 수행하였으며 수소 폭발이 격납건물의 건전성에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 격납건물 중앙부를 제외하고 수소폭발이 발생하였고 상부에 전체 수소의 40%이상이 모였을 때와 하부 좌측, 우측의 격벽사이에 수소가 모였을 때 큰 폭발이 발생했으며 격납건물 벽면에 큰 응력을 동반하였다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제17권3호
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• pp.75-86
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• 2012

We developed a preliminary CFD analysis methodology to predict a pressure build up due to hydrogen flame acceleration in the APR1400 IRWST on the basis of CFD analysis results for test data of hydrogen flame acceleration in a scaled-down test facility performed by Korea Atomic Energy Research Institute. We found out that ANSYS CFX-13 with a combustion model of the so-called turbulent flame closure and a model constant of A = 5.0, a grid model with a hexahedral cell length of 5.0 mm, and a time step size of $1.0{\times}10^{-5}$ s can be a useful tool to predict the pressure build up due to the hydrogen flame acceleration in the test results. Through the comparison of the simulated results with the test results, we found out that the proposed CFD analysis methodology enables us to predict the peak pressure within an error range of about ${\pm}29%$ for the hydrogen concentration of 19.5%. However, the error ranges of the peak pressure for the hydrogen concentration of 15.4% and 18.6% were about 66% and 51%, respectively. To reduce the error ranges in case of the hydrogen concentration of 15.4% and 18.6%, some uncertainties of the test conditions should be clarified. In addition, an investigation for a possibility of flame extinction in the test results should be performed.

• 대한기계학회논문집
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• 제11권3호
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• pp.501-508
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• 1987

본 연구에서는 입자발생 장치를 유동층(fluidized bed)을 이용하여 만들었고 이것에 의해서 고온의 연소가스속으로 입자가 공급되므로, 종래의 초음파입자 발생기 나 오리피스진동입자 발생기등에서 일어나는 호학반응 및 입자상호간의 응집(coagul- ation)현상등을 되도록 없게 하여 순수한 구형입자에 대한 입자부착 효과를 볼 수 있 게 함으로써, 부착기구의 이해와 해석등을 한층 유리하게 한다. 그리고 공급되는 입 자의 크기의 범위를 직경 0.2$\mu\textrm{m}$~30$\mu\textrm{m}$ 정도로 광범위하게 다루어 비교적 간단하고 잘 정의된 층류 유동에서, (1) 미세입자의 경우 실시간(real time) 레이져 광반사법에 의 한 입자부착률의 온도구배 및 농도에 대한 효과를 실험하고, (2) 입자의 Counting/Si- zing 법에 의하여 입자크기에 따른 열확산 효과 및 관성충돌 효과 등을 볼 수 있게 한 다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년도 제31회 추계학술대회논문집
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• pp.299-304
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• 2008

이차유동이 없는 초음속 디퓨져를 사용하는 고도모사용 지상시험장치의 주요 형상변수인 디퓨져 팽창비 최적설계를 위해 시동특성 측면에서 수치해석을 수행하였다. 기수행 연구에서 검증된 1차원 설계와 실험 결과와의 시동압력 차이 20$\sim$25%를 적용해, 본 연구에서는 최대추력노즐 사양에 대해 시동 가능한 디퓨져 팽창비$(A_d/A_t)$ 범위를 예측했다. 이 구간에서 팽창비 증가에 따른 진공챔버압력의 변화는 미미했으며, 실제 로켓모터의 시동여부 및 연소에 의한 유동정상화 시간을 고려해 팽창비가 결정되었다. 또한, 역설계를 통해 디퓨져 특성곡선을 그려본 결과, 최소(최적) 시동압력은 40기압으로 1차원 설계에 20%를 적용한 시동압력 39.6기압과 거의 일치하는 것으로 나타났다.

• 한국융합학회논문지
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• 제13권3호
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• pp.191-196
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• 2022

내연기관 자동차 히터는 연소과정 중에 발생하는 엔진 열을 이용하므로 열원이 추가로 필요치 않지만, 배터리로부터 동력원을 얻는 전기자동차용 히터는 별도의 전열 장치가 요구된다. 지금까지 개발된 전기차용 히터 중에서 냉매를 이용하는 고전압 히터는 효율이 높고 작동 온도 범위가 넓은 장점이 있다. 고전압 히터 내부의 냉각수 유로의 형상은 열교환 성능을 크게 좌우하므로 히터 개발 시 유로 설계는 기술적으로 매우 중요하다. 본 논문에서는 대칭형 서펜타인 유로를 갖는 7kW급 고전압 히터의 유로 형상 설계를 위해 고전압 열유동 시뮬레이션을 수행하였다. 해석결과로부터 입출구간 차압과 차온 및 유로에서의 유동 균일도를 계산하여 히터의 성능을 평가하였다. 도출된 대칭형 서펜타인 유로 설계안은 기존 평행 서펜타인 비해 차압은 높지만, 열교환 성능은 비등하며 저온부가 비교적 넓게 존재하여 제어 회로의 설치 공간으로 활용할 수 있다는 장점이 있다.

• 한국가스학회지
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• 제26권5호
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• pp.22-27
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• 2022

반도체 생산 설비 중 ALD는 열이나 플라즈마로 분해한 Gas를 Wafer에 증착시켜 원자층을 형성시키는 설비로 주로 인화성 물질인 NH₃와 SIH4이 사용된다. 이중 NH₃는 연소·폭발 범위가 상한(UFL) 33.6%, 하한(LEL) 15%로 폭발 범위가 비교적 좁지만 많은 양이 갑자기 한곳에 모이면 폭발할 수 있고, 피부에 닿거나 흡입하면 치명적이다. NH₃는 ALD Gas inlet의 배관과 전기·기계 기구를 통해 Chamber로 공급되는데 많은 누출 가능점이 존재하여 누출 시 화재·폭발 또는 중독 사고로 이어질 수 있어 NH₃ 누출 시나리오에 대한 내부 유동과 제어 속도를 이해하고 고환기가 가능한 배기장치를 설계하는 것이 필요하여 본 연구자는 NH₃의 누출시나리오를 CFD에 적용하여 내부유동과 제어 속도를 수치 분석하여 설계 시 반영할 수 있도록 하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권6호
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• pp.1-7
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• 2017

분무식 노즐(spray nozzle)은 액체의 표면을 증가시키기 위해 에너지를 공급하여 액체를 다수의 액적으로 미립화시키는 장치로 연소과정에서의 연료의 미립화 또는 표면이나 입자의 코팅 등 여러 산업분야에 다양한 목적으로 응용된다. 초음파 미립화 노즐은 진동 발생장치로부터 고진동수의 전기에너지를 받아 같은 진동수의 기계적 에너지로 변환시키는 변환기를 갖고 있다. 변환된 에너지를 액체에 부가하여 고주파 진동에 의해 미세한 액적을 생성하여 분사한다. 코팅작업에서 가압되지 않은 저속의 분무는 액적이 튕겨나가지 않고 표면에 달라붙어 과도하게 분사되는 양을 줄일 수 있다. 초음파 미립화 노즐은 초음파 진동부 외벽에 공기를 공급해 줄 수 있는 공간을 통해 생성된 보조 공기흐름을 이용하여 저속의 액적을 운반하여 분무특성이나 분무형상을 조절할 수 있다. 따라서 주위 공기의 흐름을 이용하여 원하는 분무특성을 얻을 수 있다. 본 연구에서는 액적의 분사 운동을 모사하기 위해 라그랑지안 분산상 모델(DPM)을 적용한 상용코드 FLUENT를 사용하여 액적 주위의 공기흐름을 동반하는 초음파 미립화 노즐을 해석하였다. 노즐 수축부 형상, 액적의 크기 그리고 공기 측 압력차의 크기를 변화시키며 수치해석을 수행하여 코팅용 분무를 위한 최적 조건을 연구하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제27권3호
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• pp.286-292
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• 2005

본 연구는 향후 산업적으로 질소산화물 규제가 중요한 문제로 대두될 만한 산업용 보일러를 대상으로 수행하였다. 일반적으로 SNCR 방법의 산업용 보일러로의 적용은 혼합을 위한 충분한 체류시간을 제공하지 못한다는 점에서 적합하지 않은 것으로 알려져 있다. 본 연구의 목적은 SNCR 장치의 산업용 보일러 적용가능성을 조사하기 위한 것이다. 구체적으로 연료로 중유를 사용하는 시간당 스팀 발생량 40톤 규모의 산업용 보일러를 연구 대상으로 하였다. 사업용 보일러의 수치 해석을 위한 3-D 직교좌표계 프로그램에는 난류 유동, 난류 연소반응, NOx의 생성과 환원제와의 반응을 통한 소멸반응 등을 포함하고 있다. 또한 개발된 코드에는 Lagrangian 방법에 의한 입자궤적 프로그램이 포함되어 있고, 주입구에서 접선방향으로의 선회효과를 계산에 의해 고려하였다. 선회버너 효과를 고려한 결과 단화염이 생성되었으며 NOx 환원반응에 적합한 온도 영역의 증가로 인해 NOx 제거효율도 향상되었다. 실험결과와의 비교를 통하여 프로그램을 검증하였으며, 계산결과 혼합용 공기 주입을 통한 환원제와의 혼합 향상을 통해서 SNCR 방법의 산업용 보일러 적용가능성을 확인하였다.