• 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.

• 한국분무공학회지
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• 제2권2호
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• pp.24-34
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• 1997

This paper describes the investigation of combustion characteristics of gasoline-methanol blend in constant volume combustion chamber. A constant volume combustion chamber was used to elucidate a basic combustion characteristics and the premixer was installed to control temperature and equivalence ratio. And the maximum pressure, combustion duration and flame propagation according to the evaporation rate were measured to determine the optimal temperature range for evaporating a blend fuel. These experimental results indicate that the combustion characteristics such as combustion chamber pressure and combustion were deteriorated by decreasing surrounding temperature of fuel. These experimental results indicate that the combustion characteristics such as combustion chamber pressure and combustion were deter orated by decreasing surrounding temperature of fuel injected. It was also found that the overall gasification process for methanol blend fuel was influenced by a combustion chamber temperature rather than a premixer temperature.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제7권8호
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• pp.43-54
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• 1999

The effects of equivalence ratio and pressure on burnt gas temperature in premixed fuel rich propane-oxygen-inert gas combustion are investigated over the wide ranges of equivalence ration from 1.5 to 2.7 and pressure from 0.1 to 7 MPa by using a specially designed disk -type constant-voume combustion chamber, The premixtures are simultaneously ignited by eight spark plugs located on the circumference of combustion chamber with 45 degree interals. The eight converging flames compress the end gases to high pressures. The burnt gas temperature is meausured by the nmodifie dtow-colr pyrometry method. The transmissivity in the chamber center during the final stage of combustion at the hightest pressure is meausred by in situ laser extinction method. It is found that a temperature difference between the burnt gas temperature measured by mofidied and conventrational two-color method is 10 to 20 K, but the accuracy of the modified two-color methdo is higher if the local transmissivity in observed region is uniform , and the combustion at higher pressures results gas density conditions and the burnt gas temperature increases as the volume fraction of argon is increased because the specific heat of argon is lower compared to that of nitrogen with a constant equivalence ratio.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권10호
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• pp.879-886
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• 2013

본 연구에서는 고농도 EGR을 사용하는 DME 예혼합압축자기착화 연소의 근본적인 연소메커니즘을 이해하기 위해 수치해석 시뮬레이션을 수행하였다. EGR과 과급의 영향을 조사하면서 동시에 산소 분압과 산소 농도중 어느 것이 LTR 발열비율을 결정하는 핵심요소인지 확인하였다. EGR 비율과 과급압력을 매개변수 정하기 위해서 1) EGR 비율변화에 따라 산소농도, 산소함유량을 변화시키는 조건 2) 산소농도를 거의 일정하게 유지하면서 과급을 하여 산소 분압을 변화시키는 조건, 3) EGR과 과급을 조합하면서 산소 분압을 일정하게 유지 하기 위해 산소농도를 변화시키는 조건 세가지 조건에서 화학반응수치계산을 수행하여 검증했다. 연구결과 EGR율이 증가하면 연소의 시작, 종료시기가 지연되고, 과급을 하게 되면 연소의 시작, 종료시기가 앞당겨지는 것을 확인했다. EGR과 과급이 LTHR 발열비율 증가에 영향을 미치는 것도 확인하였다.

• 한국분무공학회지
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• 제1권3호
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• pp.29-36
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• 1996

The present study systematically investigates the effect of evaporation rate on the combustion characteristics and the flame stabilization in a gasoline engine. A constant volume combustion chamber was used to elucidate a basic combustion characteristics and the premixer was installed to control temperature and equivalence ratio. And the maximum pressure, combustion duration and flame propagation according to the evaporation rate were measured to determine the optimal temperature range for evaparating a gasoline fuel. These experimental results indicate that the combustion characteristics such as combustion chamber pressure and combustion duration were deteriorated by decreasing surrounding temperature of fuel injected. It was also found that the overall gasification process for gasoline fuel was strongly influenced by a combustion chamber temperature rather than a premixer temperature.

• 한국추진공학회지
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• 제16권6호
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• pp.41-47
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• 2012

연소 불안정 현상을 완전하게 이해하기 위해서는 천이 과정과 한계 진폭과 같은 비선형 거동에 대한 예측이 매우 중요하다. 가스터빈 희박 예혼합 연소기에서 이러한 비선형 거동은 화염의 비선형 동특성에 크게 의존하게 된다. 본 연구에서는 기존에 선형 해석으로부터 비선형 열음향 해석으로 확장하기 위해서 화염 묘사 함수를 통한 시스템 안정성 해석 기법이 소개되었다. 이를 위하여, 주파수 뿐만 아니라 속도 진폭에 따른 열발생율의 변동 특성이 실험 결과로부터 모델링되었다. 현재 해석 조건에서 비선형 모델링 결과, 주어진 연소기 길이에서 속도 진폭이 불안정 주파수에 미치는 영향은 미비하였으나, 성장률에는 크게 영향을 미치는 것으로 나타났다. 향후 다양한 조건에서 비선형 모델의 검증과 한계 진폭의 예측 결과에 대한 실험 결과와의 비교가 요구된다.

• 동력기계공학회지
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• 제16권6호
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• pp.19-23
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• 2012

DME HCCI기관의 단점은 디젤 엔진에 비해 기관부하 영역이 굉장히 좁다는 것이고 이는 저온산화반응이 너무 빨리 일어나서 노크를 발생시키기 때문이다. 저온산화반응을 억제하기 위해서 DME 연소에 미치는 천연가스의 영향을 실험한 결과, 천연가스가 DME의 저온산화반응을 억제시키기 때문에 기관부하영역이 확대된다는 것을 알았다. 본 연구에서는 서로 다른 세탄가를 가진 첨가연료가 DME 저온산화반응에 미치는 영향을 실험적으로 조사하였다. 그 결과 저온산화반응의 최고 열발생율은 세탄가에 의존하지 않지만 착화온도는 세탄가에 의존한다는 사실을 밝혔다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권6호
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• pp.895-904
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• 2011

Stratified charge has been thought as one of the ways to avoid a sharp pressure rise on HCCI combustion. The purpose of this study is to evaluate the potential of stratified charge for reducing PRR on HCCI combustion. The pre-mixture with thermal, mixing and EGR stratifications is charged in Rapid Compression Machine. After that, the pre-mixture is compressed and in that process, in-cylinder gas pressure and temperature are analyzed. Additionally numerical calculation with multi-zones modeling is run to know the potential of stratified charge for reducing PRR.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.68-77
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• 2017

고주파 연소불안정은 비정상 화염의 열방출율 섭동과 연소실 내부에서 공진되는 음향파의 상호 결합으로 발생하는 열음향 문제로, 다양한 해석적 접근방법이 존재한다. 본 논문에서는 주파수 영역에서 선형음향 가정과 시간지연 이론을 이용한 3차원 FEM Helmholtz solver의 개발 사례를 소개하였으며, 가변길이 희박 예혼합 연소기의 자발 연소불안정 예측과 수동제어기구(배플, 음향공진기)의 설계분석 결과를 제시하였다. 또한 시간 영역에서 시간지연 이론을 이용한 압축성 유동 해석코드를 통해, 고진폭 압력섭동에 의해 야기되는 비선형 음향 특성과 한계사이클 현상을 분석하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제15권6호
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• pp.98-106
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• 2011

본 논문에서는 많은 가스터빈 산업체 및 연구기관에서 연소불안정 현상과 관련된 변수들을 예측하기 위해 가장 보편적으로 이루어지고 있는 열음향 해석 모델에 대한 기술 소개 및 최근의 연구 동향을 분석하였다. 선형 시스템 해석을 통하여 연소 불안정이 발생하는 고유 주파수 및 불안정 초기 성장률의 예측이 가능하다. 이를 위하여 정의된 시스템에서의 음향파와 열발생율 섭동간의 선형 관계식을 선형 음향 이론으로부터 유도할 수 있고, 이 관계식의 해를 구하기 위해서 가장 중요한 부분은 화염 전달 함수로부터 n-${\tau}$ 함수를 구하여 열발생율 섭동 결과에 대한 정보를 얻는 것이다. 현재까지의 연구 결과로부터 선형 특성 해석에는 상당한 진보가 이루어져 왔고, 실제 가스터빈 연소기에 적용하는 노력이 있었으나, 한계 진폭과 과도기 현상 예측을 위해서 요구되는 비선형 동적 특성 모델링 기술 개발은 현재 간단한 연소기와 버너의 적용에 머물러 있는 실정이다. 실제 복잡한 가스터빈과 같은 연소 시스템에 적용되기 위해서는 비선형 경계 조건을 고려한 시스템 동적 특성 연구와 화염의 비선형 거동을 더욱 정확히 설명할 수 있는 전달 함수에 대한 예측 기술이 선행되어야 한다.