• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2000년도 추계학술대회논문집B
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• pp.328-334
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• 2000

The hybrid catalytic(catalytic+thermal) combustor of a lean methane-air mixture on platinum catalyst was investigated numerically using a 2-D boundary layer model with detailed homogeneous and heterogeneous chemistries. For the more accurate calculations, the actual surface site density of monolith coated with platinum was decided by the comparison with experimental data. It was found that the homogeneous reactions in the monolith had little effect on the change of temperature profile, methane conversion rate and light off location. However, the radicals such as OH and CO were produced rapidly at exit by homogeneous reactions. Thus the homogeneous reactions were important to predict the productions of CO and NOx exactly. In thermal combustor, the production of $N_2O$ was more dominant than that of NO due to the relative important of the reaction $N_2+O(+M){\to}N_2O(+M)$. Finally the production of CO and NOx by amount of methane addition were studied.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2012년도 제45회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.149-152
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• 2012

The laboratory experiments have been conducted to investigate the effects of air preheated temperature on the emission characteristics by a model gas turbine burner with a hybrid/dual swirl jet flames configuration. The concentration of NOx and CO emissions, and flue gas temperature at combustor exit were measured with varying the equivalence ratio for different air preheated temperatures of 300, 400, 500K at atmospheric pressure. It was overall shown that the NOx and CO emissions, and flue gas temperature were decreased according to the decreasing of equivalence ratio due to the effects of lean premixed combustion regardless of the air preheated temperature. Experimental results of a lean premixed flames configuration indicated that the NOx emission was increased with higher inlet air temperature and air flow rate, which is attributed to the increasing of flue gas temperature and heat release related to the thermal NOx mechanism. But the CO emission was shown the opposite tendency, that is, the CO emission was decreased with increasing of inlet air temperature and flow rate.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2012년도 제44회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.7-8
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• 2012

The effects of interaction between partially premixed and premixed swirl flames on CO and NOx emissions were experimentally investigated using a hybrid/dual swirl jet combustor for a micro-gas turbine. Under the condition of constant angle ($45^{\circ}$) for outer swirl vane, the angle and direction of inner swirl vane installed for a partially premixed flame were varied as main parameters with a constant fuel flow rate for each nozzle. It was found that for all conditions, CO and NOx emissions were measured below 4 ppm and 15 ppm at 15% $O_2$, respectively, in a wide range of equivalence ratio (0.6~0.9). For co-swirl flows, CO emission increased dramatically as the angle of inner swirl vane increased from $15^{\circ}$ to $45^{\circ}$ near lean-flammability limit (i.e. equivalence ratio of 0.5). On the other hand, the case of swirl $angle=45^{\circ}$ provided the lowest NOx emission at higher equivalence ratios than 0.6. For counter-swirl flows, the case of swirl $angle=45^{\circ}$ extended the lean-flammability limit but higher NOx emissions were found compared to those of co-swirl flows. These results could be inferred by interaction between (inner) partially premixed and (outer) premixed swirl flames. However, these estimations were not clear yet because there was insufficient data on turbulent flow structure and fuel-air mixing in the present experimental approach.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2012년도 제44회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.199-200
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• 2012

An experimental study on geometric optimization was conducted to develop a hybrid/dual swirl jet combustor for a micro-gas turbine. A hybrid concept indicating a combination of swirling jet partially premixed and premixed flames were adopted to achieve high flame stability as well as clean combustion. Location of pilot nozzle, angle and direction of swirl vane were varied as main parameters with a constant fuel flow rate for each nozzle. The results showed that the variation in location of pilot nozzle resulted in significant change in swirl intensity due to the change in flow area near burner exit, and thus, optimized nozzle location was determined on the basis of CO and NOx emissions under conditions of co-swirl flow and swirl $angle=30^{\circ}$. The increase in swirl angle (from $30^{\circ}$ to $45^{\circ}$) enhanced the emission performances, in particular, with a significant reduction of CO emission near lean-flammability limit. It was observed that the CO emission near lean-flammability limit was further reduced through the counter-swirl flow. However, there was not significant change in the NOx emission in the operating conditions (i.e. equivalence ratio of 0.6~0.7) between the co- and the counter-swirl flow.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2012년도 제44회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.201-202
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• 2012

The isothermal flow structure and mixing characteristics of a hybrid/dual swirl jet combustor for micro-gas turbine were numerically investigated. Location of pilot nozzle, angle and direction of swirl vane were varied as main parameters with constant fuel flow rates for each nozzle. As a result, the variation in location of pilot nozzle resulted in significant change in turbulent flow field near burner exit, in particular, center toroidal recirculation zone (CTRZ) as well as turbulent intensity, and thus flame stability and emission characteristics might be significantly changed. The swirl angle of $45^{\circ}$ provided similar recirculating flow patterns in a wide range of equivalence ratio (0.5~1.0). Compared to the co-swirl flow, the counter-swirl flow leaded to the reduction in CTRZ and fuel-air mixing near the burner exit and a weak interaction between the pilot partially premixed flame and the lean premixed flame. With the comparison of experimental results, it was confirmed that the case of co-swirl flow and swirl $angle=45^{\circ}$ would provided an optimized combustor performance in terms of flame stability and pollutant emissions.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.259-260
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• 2012

산업화가 발달됨에 따라 대기 오염 물질은 점차 증가하고 있는 추세에 있고 특히 기름 및 석탄 연소 보일러, 자동차, 제철, 시멘트 플렌트, 소각로 등은 미세 분진을 발생시키는 주원인이 되어 왔다. 최근 대기환경법은 오염 분진의 중량 규제로부터 $10{\mu}m$ 미만의 PM10에서 $2.5{\mu}m$ 미만의 PM2.5의 미세 분진에 대한 규제로 점차 심화되고 있으나, 이러한 미세분진은 고전적인 제거 방법으로는 매우 어려우며 고가의 HEPA 필터를 사용하여야 한다. 한편 코로나 방전을 이용하는 전기 집진은 미세 먼지 제거에 매우 효율적이어서 $1{\mu}m$ 미만의 미세 분지도 99%까지 제거가 가능하다는 장점이 있지만 입자크기가 클 경우에는 효율이 떨어지는 단점이 있다. 한편 사이클론 집진기는 매우 오래전부터 개발되어 사용되어 왔는데 가격이 저렴하고 운영비가 적게 들며 $10{\mu}m$ 이상의 먼지는 99% 이상 제거가 가능하여 산업현장에서 오랜 기간 사용되어 왔지만 입자크기가 $10{\mu}m$ 미만으로 가면 집진율이 급격히 떨어지는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 기존의 사이클론 집진기의 구조를 기본으로하여 사이클론 집진기 내부에 플라즈마 방전을 설치하여 원심력에 의한 집진과 코로나 방전에 의한 전기 집진을 동시에 수행할 수 있도록 하이브리드 사이클론 집진기를 제작하였다. 제작된 사이클론 집진기는 직경 30 cm 높이 120 cm의 사이클론 구조를 가지고 있으며 1 hp의 터보송풍기를 장착하여 $20m^3$/min 이상의 유량을 처리할 수 있도록 설계 제작되었다. 제작된 하이브리드 사이클론 집진기의 성능을 평가하기 위하여 $10m^3$의 체적을 가지는 테스트 챔버 내부에 사이클론 집진기를 설치하고 향을 태워 미세 먼지를 발생시킨 후 다양한 조건에서 집진 성능을 측정하여 보았다. 미세 먼지의 경우 사이클론을 작동시키지 않아도 테스트 챔버 벽면에 흡착되어 초기에는 급격히 감소하는 경향을 보여주나 일정 시간이 경과한 후에는 매우 느리게 감소하는 현상이 관찰 되었다. 코로나 방전을 하지 않고 오존 파괴기에 활성탄만 충진한 상태에서 사이크론을 작동시킬 경우 지속적으로 천천히 감소하는 경향을 보여주었으며, 코로나 플라즈마를 방전시킨 경우 미세 먼지는 HEPA filter를 장착한 것보다도 조금 빠르게 미세먼지를 제거하였다. 챔버 내부의 미세먼지가 초기 값의 1/10에 도달하는 시간은 코로나 방전 전류가 증가할수록 짧아지는 경향을 보여주었으며 최적 조건에서 100초 이내에 90% 이상 제거가 가능하였다. 하이브리드 사이클론 집진기는 집진 뿐 만 아리라 VOC 성분도 분해가 가능하여 유해물질을 제거하는 능력이 있다. 유해 가스 제거 능력을 실험하기 위하여 분진제거 실험에 사용된 챔버 안에 아세톤을 증발시켜 50 ppm이 되도록 한 후 다양한 조건에서 유해물질 제거 실험을 수행하였다. 미세먼지와는 달리 장비를 작동하지 않을 경우 매우 느리게 아세톤 농도가 감소하였다. 이는 미세 먼지와는 달리 흡착이 발생하지 않고, 측정 챔버 자체가 완전한 밀폐가 이루어지지 않아 자연적으로 조금씩 외부로 누출되기 때문으로 판단된다. 코로나 플라즈마만 방전시켰을 경우 초기 농도의 80%가 제거되는데 걸리는 시간은 약 28분 정도로 코로나 플라즈마가 VOC 제거에 효과가 있음은 확인하였으나 제거율이 그리 높지 않음을 알 수 있었다. 한편 오존 파괴를 위해 활성탄으로 충진 된 오존파괴기를 통과시킨 경우는 약 12분 경과 후 80%가 제거됨을 확인할 수 있었으나 그 이후에는 VOC의 감소가 매우 느리게 진행됨을 알 수 있었다. 한편 활성탄 대신 $MnO_2$ 복합촉매로 충진 된 오존파괴기를 통과한 경우 약 3분 정도 경과 후 80%의 아세톤이 제거됨을 관찰할 수 있었으며 코로나 플라즈마를 작동시키면서 $MnO_2$ 복합촉매로 충진 된 오존파괴기를 통과시킨 경우 약 2분 정도 경과 80% 이상의 아세톤이 제거되어 코로나 플라즈마와 복합촉매를 사용할 경우 VOC 성분이 효과적으로 제거됨을 알 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.45-49
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• 2011

자발가압 특성이 있는 $N_2O$를 적용한 Blow-down 산화제 공급방식은 조절 시스템(Regulated system)에 비해 많은 장점을 가지고 있다. 그러나 탱크 내에 $N_2O$가 액체와 기체의 2상으로 공존하고, 유동이 배출되는 동안 탱크 안의 $N_2O$의 물성치가 계속적으로 달라지기 때문에 배출 유량을 예측하는데 어려움이 있다. 본 논문에서는 $N_2O$를 적용한 Blow-down 산화제 공급방식을 간단하게 해석 할 수 있는 방법을 연구했다. 포화상태 $N_2O$의 물성치는 NIST 데이터베이스를 이용했으며, 인젝터 모델로 nonhomogeneous nonequilibrium(NHNE) 모델을 적용하였다. 하이브리드 로켓 연소기를 이용해 cold flow test를 수행하였으며, 두 결과가 잘 일치함을 확인했다.

• 한국항공운항학회지
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• 제15권4호
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• pp.17-23
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• 2007

This paper describes the flow and performance characteristics inside the post-chamber of the multi-port hybrid rocket motor. Using the computational fluid dynamics (CFD) technique, the non reactive compressible flow fields in the downstream of the fuel grain was numerically calculated. The motor performance obtained from computational results were in agreement with that conducted by the ground motor firing test. Besides, the flow field characteristics inside the post-chamber were discussed under different port numbers (1 port and 3 ports) of the fuel grain. The flow pattern showed that the performance of multi-port hybrid rocket motor having three grain ports is higher than that of the single-port one due mainly to the difference of incoming mass flow rate irrespective to the pressure field.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제25회 추계학술대회논문집
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• pp.307-310
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• 2005

본 연구는 프랑스의 Roxel사와 국과연간의 기술용역 계약을 통하여 추진기관 둔감화 기술과 관련된 연구를 수행한 것이다. 추진제는 연소속도가 7 MPa에서 각각 9.8 mm/s, 21.2 mm/s인 두 종류의 HTPB/AP계 혼합형 추진제를 사용하였고, 둔감 점화기와 하이브리드 연소관을 적용하였다. 2회의 Slow Cook-off(SCO) 시험과 1회의 Fast Cook-off(FCO) 시험을 수행하여 MIL STD 2105C에 규정된 반응 형태를 살펴보았다. SCO의 경우에는 두 종류의 추진제를 시용하였을 때 모두 type IV인 폭연 반응을 나타내었고, FCO의 경우에는 type V의 연소 반응을 나타내었다.

• 한국추진공학회지
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• 제21권4호
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• pp.71-78
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• 2017

새로운 개념의 로터리엔진 초기 프로토타입을 제작하고 작동성 확인을 위한 모터링, 압축기 압력 및 연료 연소시험을 수행하였다. 기존 피스톤 엔진 및 반켈 로터리엔진과의 비교 분석을 통해 이 신개념 로터리엔진의 장 단점과 활용분야를 조사한 결과 이 엔진은 소형 항공기에 가장 적합하고, 이륜차와 휴대용 및 하이브리드 자동차용 Genset에도 기존 엔진보다 적용성이 더 좋을 것으로 파악되었다.