• 대한기계학회논문집B
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• 제38권6호
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• pp.525-538
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• 2014

무기체계 개발에서 예상치 못한 고속의 총탄 충격을 받았을 때 반응 시스템의 폭발 반응을 예측하는 것은 안정성 확보를 위하여 매우 중요하다. 본 연구에서는 LX-17(92.5% TATB, 7.5% Kel-F)과 AP 기반의 고체 추진제(88% AP, 12% HTPB)가 충전된 반응 시스템에 한계 속도로 충돌하는 총탄 충격을 가했을 경우 발생하는 폭굉 현상 및 파괴 거동을 I&G 모델이 적용된 2차원 하이드로 수치해석을 통해 규명하고자 하였다. 해석 결과, LX-17의 경우 충격-폭굉 천이 현상(SDT)이 주요한 메커니즘으로 작용한 반면 고체 추진제는 상대적으로 안정한 모습을 보였다. 즉, 시스템의 파괴는 내부 압력의 급격한 증가와 격렬한 화학반응을 동반하는 고에너지 물질의 폭굉 현상이 그 원인이며, 폭발등급이 낮은 경우에는 고속 충돌에도 발화되지 않아 커버가 완전 파쇄에 이르지 않는 것으로 관찰되었다.

• 전기전자학회논문지
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• 제16권3호
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• pp.217-223
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• 2012

본 논문은 트리거 시간을 조절하여 펄스 성형이 가능한 150 MW 펄스 파워 시스템의 설계와 동작특성을 알아보았다. 이 시스템은 2개의 커패시터 뱅크 모듈로 구성되어 있고, 각 커패시터 뱅크 모듈은 병렬로 연결되어 있다. 그리고 커패시터 뱅크 모듈은 메인스위치, 커패시터, 에너지 덤프회로, 크로바 회로, 펄스 성형 인덕터로 구성되어 있다. 또한 이 시스템의 모듈 선택과 트리거 시간은 트리거 제어부에서 조정된다. Pspice 시뮬레이션은 실험회로의 결과를 예측하고, 시스템의 구성품의 파라미터를 결정하기 위한 것으로 사용하였다. 실험 결과, 시뮬레이션은 실험결과와 잘 일치하였다. 출력 전류의 펄스폭은 커패시터 뱅크 모듈에서의 순간적 점화 시간 제어로 300~650 us의 펄스폭이 형성되었다. 그리고 최대 전류값은 2개의 커패시터 뱅크 모듈이 동시에 트리거 되었을 때 약 40 kA 정도이다. 이 150 MW 펄스 파워 시스템은 파암 전원, Rail Gun, Coil Gun, 나노분말 제조, HPM 등과 같은 대전류 펄스 파워 시스템에 적용할 수 있다.

• 한국가스학회지
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• 제16권5호
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• pp.14-20
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• 2012

바이오가스는 Biomass, 유기성 폐기물 등의 혐기소화 공정을 통해 얻을 수 있는 대표적인 신재생연료로 저발 열량에도 불구하고 탄소중립적인 특성이 있기 때문에 이를 엔진에 적용하여 에너지를 생산하고자 하는 노력이 계속되어왔다. 바이오가스는 원료의 종류 및 혐기소화 공정 조건에 따라 그 연료 조성이 달라질 수 있는데, 이러한 조성 변화는 엔진 성능에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 이에 대한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 바이오가스 연료 내 불활성가스의 종류 및 비율을 변화시켜 모사하고 이를 이용하여 바이오가스 내 불활성가스 종류의 변화가 엔진 성능 및 배기 특성에 주는 영향을 파악하였다. 실험 결과로 각 불활성가스 종류 및 함량에 따른 최적 점화시기를 결정하였으며, 불활성 가스 조성 변화가 엔진 출력, 효율, 배기 성능에 미치는 영향을 제시하였다.

• 한국가스학회지
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• 제15권5호
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• pp.25-30
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• 2011

바이오가스는 Biomass, 유기성 폐기물 등의 혐기소화 공정을 통해 얻을 수 있는 대표적인 신재생연료로 저발열량에도 불구하고 탄소중립적인 특성이 있기 때문에 이를 엔진에 적용하여 에너지를 생산하고자 하는 노력이 계속되어왔다. 바이오가스는 원료의 종류 및 혐기소화 공정 조건에 따라 그 연료 조성이 달라질 수 있는데, 이러한 조성 변화는 엔진 성능에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 이에 대한 연구가 필요한 실정이다. 따라서 이번 연구에서는 다양한 발열량을 갖는 바이오가스를 연료 내 불활성가스 비율을 변화시켜 모사하고 이를 이용하여 바이오가스 내 불활성가스 비율의 변화, 즉 발열량의 변화가 엔진 성능 및 배기 특성에 주는 영향을 파악하였다. 실험결과로 각 불활성가스 함량에 따른 최적 점화시기를 결정하였으며, 발열량 변화가 엔진 출력, 효율, 배기 성능에 미치는 영향을 제시하였다.

• 대한화학회지
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• 제33권4호
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• pp.337-342
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• 1989

비기체 연소란 테르밋 반응과 같이 고체혼합물 내에서 직접 점화할 때 자발적으로 진행되는 매우 격렬한 발열반응이다. 비기체 연소합성법은 빠른 공정, 에너지 절약, 저공정가, 그리고 고순도의 생산품을 만들 수 있는 장점이 있다. 이 비기체 연소법에 의하여 Ti$Si_x$(x=0.6, 0.8, 1.0, 2.0)계의 시료를 외부적인 소결 공정없이 합성하였다. $Ti_5Si_3$와 $Ti_5Si_4$는 각각 육방정계와 정방정계 이었고 TiSi와 $TiSi_2$는 사방정계 이었다. X-선 분석결과는 모두 JCPDS data와 매우 잘 일치하였다. 모든 반응의 연소형은 정류상태 연소였으며 $Ti_5Si_3$, $Ti_5Si_4$ 및 TiSi의 연소파의 전파속도는 0.6cm/sec 이상이었고 $TiSi_2$의 경우는 0.28cm/sec이었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.559-559
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• 2013

KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) 장치는 차세대 에너지원 중의 하나인 핵융합로를 위한 과학기술 기반을 마련하기 위해 개발된 중형급 토카막 실험장치로서 토카막 운전 영역의 확장과 안정성 확보, 정상상태 운전 도달을 위한 방법 연구, 최적화된 플라즈마 상태와 연속 운전 실현 등을 주요 목표로 하고 있다. 이를 위해 핵융합 반응에 의한 점화조건과 가까운 상태로 플라즈마를 가열해주어야 하며, 토카막 장치의 저항가열 이외에도 외부에서 추가 가열이 반드시 필요하다. 중성 입자빔 입사 장치는 현재 토카막에서 사용되고 있는 가열장치 중 가장 신뢰성있는 추가 가열 장치라 할 수 있으며 한국 원자력연구원에서는 1997년부터 KSTAR 토카막 실험 장치에 사용될 중성 입자빔 입사 장치를 개발해왔었다. 중성빔 입사 장치는 크게 이온원, 진공함, 열량계, 진공 펌프, 중성화 장치, 이온덤프와 전자석으로 이루어져 있으며, 이중 이온원은 중성빔의 성능을 좌우하는 핵심적인 장치라 할 수 있다. 최근 한국원자력연구원에서는 2 MW 중성 입자빔 입사장치용 이온원 개발을 완료하여 KSTAR 토카막 장치에 설치하였으며, 2013년 현재 KSTAR에는 총 두 개의 이온원이 장착되어 최대 약 3 MW 이상의 중수소 중성 입자빔을 입사하여 KSTAR 토카막 실험의 H-mode 달성과 운전 시나리오 연구에 많은 기여를 하고 있다. 한국원자력연구원에서 최초로 개발된 이온원은 미국 TFTR 장치에서 사용되었던 US LPIS (Long Pulse Ion Source)를 기본으로 하여 국내 개발을 수행하였다. 이 온원은 크게 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부와 발생된 이온을 인출 및 가속시키는 가속부로 구성되는데, 개발과정에서 가장 먼저 KSTAR의 장주기 운전에 적합하도록 플라즈마 방전부와 가속부의 냉각회로를 요구되는 열부하에 맞게 설계 수정하였다. 그 후 플라즈마 방전부는 방전 시간과 안정성, 플라즈마 밀도의 균일도, 정격 운전, 방전 효율 등을 고려하여 수정 보완하며 개발을 진행하여왔다. 가속부의 경우 국내 제작기술의 한계를 극복하기 위해 빔 인출그리드를 TFTR의 US LPIS 모델의 슬릿형 그리드 타입에서 원형 인출구 타입으로 변경하였으며, 이후 가속 전극의 고전압 내전력 문제, 빔 인출 전류와 전력, 인출 빔의 광학적 질(quality), 빔 인출 시간 동안의 안정성 등을 위해 그리드의 크기와 간격, 모양 등을 변경하여 개발을 수 행하여 왔다. 이 논문은 한국원자력연구원에서 개발이 진행되어 왔던 이온원들을 시간적으로 되짚어 보면서 현재까지의 성과와 문제점, 그리고 앞으로의 개발 방향에 대해 논의하고자 한다.

• 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.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권1호
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• pp.47-60
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• 2021

수소는 차세대 에너지원으로서 수소경제 활성화 로드 맵에 따라 수소를 안정적으로 생산·저장·운송하기 위한 산업과 더불어 수소차의 보급이 급속도로 이루어질 것으로 예상된다. 이에 따라 터널과 같은 반밀폐공간에서의 수소차의 사고에 대비한 안전대책이 요구되고 있다. 본 연구에서는 도로터널에서 수소차량의 안전성을 확보하기 위한 연구의 일환으로 터널 내 수소차 사고에 따른 다양한 위험요인 중 가스 누출에 따른 화재와 폭발의 위험성에 대한 기초적인 조사·연구를 수행하였으며, 다음과 같은 결과를 얻었다. 수소차 사고 시 가스누출속도는 TPRD의 오리피스직경에 의존하며, 가스가 점화되는 경우에 최대화재강도는 오리피스직경에 따라 3.22~51.36 MW (오리피스직경: 1~4 mm)에 도달하나 지속시간이 짧기 때문에 화재로 인한 위험의 가중은 거의 없는 것으로 분석되었다. 등가 TNT방법에 의해서 폭발에 따른 과도압력을 계산하였으므로 폭발수율을 0.2적용하는 경우, 안전한계 거리는 대략 35 m 정도로 분석되고 등가사망자는 보수적인 관점에서 수십 명 정도에 달할 것으로 예측된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제30권2호
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• pp.165-175
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• 2024

수소는 기후변화 위기에 대응하기 위한 에너지원 중 하나로 주목받고 있다. 그러나, 수소는 밀폐된 공간에 누출되면 천장으로 상승하여 축적되고, 점화원과 만나면 화재나 폭발의 위험이 있다. 특히, 수소를 운송하거나 연료로 사용하는 선박은 여러 밀폐된 공간으로 구성되어 있기 때문에 수소를 안전하게 사용하기 위해서는 공간 내에서의 확산 특성을 파악해야 한다. 본 연구는 선박 내 밀폐된 공간에서 수소와 유사한 특성을 가진 헬륨의 누출방향에 따른 확산 특성을 실험적으로 파악하고, CFD 시뮬레이션을 통해 환기횟수가 25, 30, 35, 40, 45ACH로 증가함에 따라 누출방향에 따른 산소농도 변화를 파악하는 것이 목적이다. 연구 결과, 산소농도감소율은 -z 방향의 누출이 2%, +x와 +z 방향의 누출이 1%였으며, 환기소요시간은 -z 방향 누출이 15분 30초, +x 방향 누출이 7분, +z 방향 누출이 9분으로 누출방향에 따라 산소농도와 환기소요시간에 차이가 있음을 보여준다. 또한, 실험공간에서 환기횟수 35ACH 이상부터는 모든 누출 방향에서의 산소농도감소율과 환기소요시간에 유의미한 차이가 없었다. 따라서, 환기횟수를 증가하여도 산소농도와 환기소요시간이 개선되지 않았기 때문에 본 실험환경에서의 적정 환기횟수는 35ACH임을 알 수 있었다.

• 한국기후변화학회지
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• 제4권2호
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• pp.115-126
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• 2013

최근 국내 배출원 특성을 고려하여 생물성 연소에 대한 배출목록(emission inventory)을 추가하려는 연구가 이루어지고 있으나, 국내 현황을 반영한 실증 연구는 현재까지 거의 이루어진 바가 없는 실정이다. 따라서 앞으로 배출목록에 대한 기후 대기 통합관리시스템이 진행될 경우, 효과적인 배출원 관리를 위해 생물성 연소의 온실가스 배출 특성에 대한 연구가 필요한 시점이다. 본 연구에서는 숯가마에서 발생하는 온실가스 배출 특성을 파악하기 위하여 숯가마 모형장치를 이용하여 현장실험을 실시했다. 또한, 참나무의 점화, 탄화, 출탄하는 시기와 내부 온도 변화를 고려하여 굴뚝에서 배출되는 온실가스($CO_2$, $CH_4$, $N_2O$)를 직접 포집하여 분석하였다. 온실가스 배출계수 산정 결과, $CO_2$ 배출계수는 668 g/kg, $CH_4$ 배출계수는 20 g/kg이며, $N_2O$ 배출계수는 0.01 g/kg으로 나타났다. 본 연구에서 개발한 온실가스 배출계수를 사용하여 국가 배출량을 산정한 결과, $CO_2$ 배출량은 46,040 ton/yr, $CH_4$ 배출량은 1,378 ton/yr, $N_2O$ 배출량은 0.69 ton/yr으로 나타났다. GWP를 이용하여 총 배출량을 산정한 결과, 연간 $75,201ton\;CO_2eq.$으로 나타났으며, 참나무는 바이오 매스에 포함되기 때문에 연소하는 과정에서 발생하는 $CO_2$는 총 배출량에서 제외되므로 숯가마에서 발생하는 국내 순배출량은 연간 $29,161ton\;CO_2eq.$으로 추정되었다.