• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.498-498
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• 2012

직류 아크 토치를 이용하여 열플라즈마를 발생시키는 방법은 전극의 구성에 따라 크게 비이송식(non-transferred)과 이송식(transferred)의 2가지 형태로 나눌 수 있다. 1950년대 H. Maecker 등에 의해 이론적 기초가 형성되기 시작한 이송식 아크 플라즈마 발생장치는 처리 대상물질을 전극으로 사용하여 양극에서의 에너지 전달을 직접 이용할 수 있으므로 열효율이 매우 높기 때문에 이를 이용한 고출력 토치에 관한 활발한 연구가 지속되고 있다. 본 연구에서는 대기압 아르곤 자유연소아크 방전에 의해 발생되는 열플라즈마의 열유동 특성을 수치적으로 해석하기 위하여 아크 기둥의 온도, 압력 및 속도 특성을 Navier-Stokes 방정식과 Maxwell 방정식을 연계 계산하였다. 또한 아크-전극 상호작용(arc-electrode interaction) 모델링을 통한 양극(anode)인 처리 대상물질로의 에너지 플럭스 유입을 고려하여 전극 내부의 온도분포를 계산하였다. 해석결과를 검증하기 위하여 음극과 양극 사이 플라즈마 기둥(column)의 중심축 온도는 Haddad & Farmer(1984)의 실험데이터와 비교하였고, 양극으로의 에너지 플럭스 및 온도분포 데이터는 Bini 등(2006)의 실험 및 해석데이터와 비교하여 만족스런 일치를 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.139.1-139.1
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• 2015

열플라즈마 토치 및 자유연소아크 시스템 개발이 증가함에 따라 실험을 통해 얻기 어려운 물리적 특성들을 파악하기 위해 전산유체역학을 이용한 해석방법이 널리 이용되어 왔다. 대부분의 경우에 해석의 용이성을 위하여 2차원 축대칭으로 가정하여 계산을 수행하지만, 2차원 해석만으로는 실제 물리적인 현상을 정확하게 반영하기 힘들다. 따라서 보다 실질적인 결과를 얻기 위해서는 기존의 2차원 해석방법을 3차원 해석방법으로 변환할 필요성이 있다. 본 논문에서는 3차원 열플라즈마 해석을 위한 첫 단계로써 상용 CFD 프로그램인 ANSYS CFX를 사용하여 동일한 해석모델에 관하여 2차원 해석과 3차원 해석을 수행하였다. 해석방법 및 결과의 타당성을 평가하기 위하여 Schnick-Fuessel 모델 (SF 모델)과 Haddad-Farmer 모델 (HF 모델)을 선정하여 각각의 모델에 대한 해석결과를 문헌에서 발췌한 실험결과 등과 비교하였다. 이러한 결과 비교를 통해서 본 연구에서 적용한 열플라즈마 해석에 관한 수치해석 방법이 충분히 3차원 해석으로 확장 가능함을 확인할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.565-565
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• 2013

Free burning arcs where the work piece acts as an anode are frequently used for a number of applications. Our investigation is exclusively concerned with a simplified unified model of arcs and anode under steady state conditions at atmospheric pressure. The model is used to make predictions of arc and anode temperatures and arc voltage for a 200 A arc in argon. The computed temperatures along the axis between the cathode tip and the anode surface compare well the measured data. This knowledge of free burning arcfeatures can play a role in developing the atmospheric plasma systems, however, further investigation should include the modelling of Cu evaporation from anode and non-LTE situation near electrodes for more realistic calculations.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.255.2-255.2
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• 2014

Electrode erosion is indispensable for atmospheric plasma systems, as well as for switching devices, due to the high heat flux transferred from arc plasmas to contacts, but experimental and theoretical works have not identified the characteristic phenomena because of the complex physical processes. Our investigation is concerned with argon free-burning arcs with anode erosion at atmospheric pressure by computational fluid dynamics (CFD) analysis. We are also interested in the energy flux and temperature transferring to the anode with a simplified unified model of arcs and their electrodes. In order to determine two thermodynamic quantities such as temperature and pressure and flow characteristics we have modified Navier-Stokes equations to take into account radiation transport, electrical power input and the electromagnetic driving forces with the relevant Maxwell equations. From the simplified self-consistent solution the energy flux to the anode can be derived.

• 한국진공학회지
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• 제17권3호
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• pp.189-194
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• 2008

플라즈마 진단법 중 손쉽고 구동이 용이한 장점으로 인해 범용 플라즈마 진단 장치로 사용되는 랑뮤어 (Langmuir) 탐침법은 탐침이 직접 플라즈마 내에 삽입됨으로써 플라즈마를 간섭하기 때문에 플라즈마 고유의 특성을 변형시키는 약점이 있다. 본 연구에서는 대기압 아르곤 자유 연소 아크 (free-burning arc)에 삽입된 랑뮤어 탐침에 의한 교란 영향을 고찰하기 위하여 탐침 유무에 따른 열플라즈마 상태를 수치계산 하였고, 온도장과 속도장이 왜곡된 정도를 비교 분석하였다. 열플라즈마를 모델링하기 위하여 열유동장과 전자기장에 관한 두 종류의 지배방정식을 상용 CFD 프로그램과 자체 제작한 서브루틴을 이용하여 연계 계산하였다. 삽입된 탐침에 의해 열플라즈마 온도장은 탐침의 앞뒤에서 모두 플라즈마 축의 수직 방향으로 큰 변화를 나타내는 열적 교란이 발생되었다. 속도장에서는 탐침 선단의 정체 영역과 후단 후류 영역에서 유동 교란이 발생되었으며, 삽입 된 탐침의 영향이 국부적인 것이 아닌 플라즈마 유동장 대부분 영역에 영향을 미침을 확인할 수 있었다. 따라서 탐침법의 신뢰성을 높이기 위해서는 탐침 삽입에 의한 플라즈마의 열유체역학적 교란을 고려해야 한다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.19-19
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• 2009

최근, 유한한 에너지 자원의 한계와 지구 온난화 등으로 세계의 제조 산업은 새로운 국면을 맞이하고 있으며, 특히, 자동차 산업은 화석연료를 주 에너지원으로 사용한다는 점과 이 연료를 연소시킬 때 발생하는 이산화탄소가 지구 온난화의 주된 원인이 될 수 있다는 점에서 상기 문제들을 해결하기 위한 다양한 방법에 주목하고 있다. 그 중에서 자동차의 생산기술 측면에서 볼 때, 가장 중요한 이슈는 차체 경량화다. 자동차 차체는 자동차를 구성하고 있는 여러 가지 부품 중에서 약 40% 정도의 무게 비율을 차지하고 있기 때문에, 차체 경량화는 연비향상과 이산화탄소 배출가스 감소와 직접적인 관계를 가지고 있다. 다양한 차체 경량화 방법 중에서 가장 쉽게 접근할 수 있는 방법이 경량소재 적용에 의한 경량화 방법이다. 현재, 탄소섬유 강화 플라스틱과 같이 무게 절감 비율을 최대화 할 수 있는 소재들도 개발되어 일부 적용되고 있지만, 일반적으로 차체 경량화 소재로 가장 널리 사용되고 있는 소재는 알루미늄 합금이며, 이에 대한 차체 적용 비율이 점차로 높아지는 추세에 있다. 이에, 본 연구에서는 알루미늄 합금이 차체에 적용되었을 때의 장단점을 살펴보고, 알루미늄 합금을 적용한 차체 생산과정에서 유의해야 될 사항들과 이를 바탕으로 하는 생산성 극대화 방안에 대하여 고찰하였다. 먼저, 기존의 알루미늄 저항 점 용접공법의 단점을 최소화하고 대량생산 체계에 적합하도록 개발된 새로운 개념의 저항 점 용접 시스템에 대해 그 성능과 양산성을 검증하였다. 구리 전극과 알루미늄 피용접물 사이에 프로세스 테이프를 삽입하여 용접하는 이 시스템은 열전도성이 큰 알루미늄 용접부에서 저전류의 조건에서도 효과적으로 균일한 발열현상이 발생하게 하였으며, 전극 팁 드레싱 없이 모든 용접점이 항상 동일한 조건에서 용접이 이루어질 수 있도록 하였다. 용접 조건 설정에 있어서도 용접전류가 통전되는 순간에 전극 가압력을 자유로이 변형시켜 용접부 크랙 발생을 최소화할 수 있음을 확인하였다. 알루미늄의 또 다른 대표적인 접합방법인 아크용접에 있어서는 용접 입열량을 조절하여 용접변형을 최소화 할 수 있는 아크용접 시스템에 대해 양산성과 적용 타당성을 검토하였다. 와이어 송급 방향을 자유자재로 바꿀 수 있는 이 시스템의 특성에 의해 스패터를 최소화하면서 용융금속이 효과적으로 모재에 금속이행 될 수 있음을 확인하였으며, 판재, 압출재, 및 다이캐스팅재 등 다양한 차체 소재에 대한 용접 가능성 및 미그-레이저 하이브리드 용접과의 비교분석을 통하여 차체 박판 용접에서도 최소의 열변형으로 효과적으로 사용될 수 있음을 보였다.