• 대한기계학회논문집B
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• 제35권4호
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• pp.431-438
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• 2011

비예혼합 화염의 부상 조건은 연소기의 운전 조건을 한정하는 매우 중요한 변수이다. 동축류 층류 비예혼합화염의 경우 점성계수와 물질 확산 계수의 비로 정의되는 슈미트 수가 1 보다 큰 조건에서 안정적인 부상화염이 존재하고 그 반대의 경우 부상이 불가능한 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 동축 관내에서의 화염의 부상 특성에 대해 슈미트 수가 1 보다 큰 프로판과 슈미트 수가 1 보다 작은 메탄 비예혼합 화염의 부상 안정화를 실험적으로 비교하였다. 그 결과, 제한된 공간에서는 슈미트 수가 1 보다 작은 조건에서도 안정적인 부상화염이 존재할 수 있음을 확인하였다. 그 원인 규명을 위해 간단한 비반응 유동장에 대한 수치해석을 수행하였다. 결론적으로 개방공간에서와는 달리 관내 조건에서는 유한한 크기의 화염 공간으로 인해 인접한 상류에서 유동 재편이 물질확산에 비해 선택적으로 재편됨으로써 새로운 안정화 기구가 형성될 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 제한된 공간내에 화염이 형성되는 일반적인 연소기의 화염안정화 설명에 중요한 단서를 제공한다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권6호
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• pp.639-646
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• 2012

가열된 동축류 공기에서 일산화탄소/수소의 층류 제트에 대한 자발화된 부상화염의 특성을 조사하였다. 그 결과로 자발화가 발생하지 않는 영역에서는 제트속도의 증가에 따라 노즐부착화염에서 안정화된 층류 부상화염을 거치지 않고 바로 화염날림이 발생하였다. 자발화 영역에서, 질소 희석된 일산화탄소의 자발화된 부상화염은 산화제 내의 함유된 수분에 따른 점화지연시간의 변동으로 그 부상높이가 크게 영향을 받았다. 그리고 수소에 의한 저온 자발화 영역에서 자발화된 부상화염은 제트속도의 증가에 따라 부상높이가 감소하다가 증가하는 독특한 현상이 발생하였다. 점화지연시간에 의한 자발화된 층류 부상화염의 안정화 메커니즘을 기반으로, 그 부상높이의 거동은 점화 과정에서 발생하는 열손실의 영향뿐만 아니라 연료제트의 운동량과 질량의 선호 확산에 의하여 영향을 받을 수 있다는 것을 확인하였다.

• 한국가스학회지
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• 제14권2호
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• pp.34-39
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• 2010

삼지화염의 화염안정화 메커니즘 중 중요한 한 가지는 화염전파속도이다. 화염전파속도의 정량적인 규명을 위해 Bilger는 층류 유동이론에 근거하여 혼합분율 기울기에 비선형적으로 연관된 삼지화염 전파속도를 실험으로 제시하였다. 그러나 지금까지의 연구에서는 화염의 곡률에 따른 삼지화염 전파속도에 관하여 논의된 바가 없기에, 본 논문에서 화염의 곡률에 따른 화염전파속도의 연관성을 제시하고자 하였다. 본 논문의 결과로 층류부상화염의 부상높이가 연료의 출구속도와 노즐의 직경에 따라서 결정됨을 알 수 있었다. 그리고 정지된 부상화염의 유동속도에 비례하는 연료의 출구속도에 곡률의 크기가 비례함을 보였고, 또 층류부상화염의 부상높이가 높아질수록 곡률반경의 크기가 커짐을 알 수 있었다. 따라서 곡률효과의 중요성이 인식되어야 하며 화염안정화 메커니즘을 표현하기 위해 제안된 Bilger의 제안식이 곡률효과를 고려하여 수정되어야한다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권1호
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• pp.75-81
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• 2012

고온의 동축류 공기와 수소가 함유된 메탄 연료제트에서 자발화된 층류 부상화염의 특성을 실험적으로 조사하였다. 그 결과로 순수 메탄 제트에서 자발화되는 경계 온도인 920 K 를 초과하는 초기 온도에서 메탄/수소 혼합기의 자발화된 부상화염은 연료 몰분율에 따라 삼지화염 또는 마일드 연소를 보였고, 제트속도에 따라 부상화염의 높이가 증가하는 전형적인 특성을 보였다. 소량의 수소가 첨가된 부상화염의 높이는 메탄의 경우와 유사하게 단열적 점화지연시간의 2 승에 대한 의존성이 유지되었다. 반면에, 초기 온도가 920 K 미만인 경우에서 화염은 수소의 점화 촉진에 의해서 자발화 되었다. 그리고 제트속도가 증가함에 따라 자발화된 부상화염의 높이는 비선형적으로 감소하는 독특한 특성을 보였으며, 수소의 선호확산이 그 현상에 대해서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다.

• 한국가스학회지
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• 제12권4호
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• pp.21-28
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• 2008

삼지화염과 포와젤(Poiseuille) 및 균일분포 연료출구 속도에 따른 부상화염의 부상거동 그리고 화염면 부근에서의 연소 유동 특성에 대하여 수치적 해석을 수행하였다. 부상화염에 대한 수치해석으로 기존 연구 결과를 검정하고 화염대 부근에서 구조적 특성을 살펴보며 포와젤 및 균일분포 연료출구속도 조건에서 운동량 유속으로 부상높이를 일반화하여 비교하였다. 또한 화염면 부근에서 속도, 압력, 온도, 화학반응속도 등으로 연소 유동 특성을 분석하고 규명하였다. 특히 중심선을 따른 속도 변화의 경우 노즐에서 화염대 부근까지는 전형적인 비반응제트 유동에 따른 속도 분포를 형성하지만 화염대 직전에서 속도가 급격히 감소하다가 화염대를 지나면서 급격히 증가한 후에 다시 감소하는 현상을 규명하였다. 화염대 전의 유동영역에서는 화염대가 장애물역할을 하다가 화염대를 지나고 나면 유동을 가속시켜주는 역할을 하고 있기 때문이다. 이러한 현상은 기존의 비반응 제트 유동으로 규명하지 못하였던 것이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권4호
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• pp.399-408
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• 2010

질소 희석된 프로판 층류 부상 화염에서 화염진동 불안정성과 화염 곡률 효과를 살펴보기 위하여 실험적 연구를 수행하였다. 화염 진동은 총 3가지 영역으로 열손실에 의한 진동, 열손실 및 부력이 혼재된 진동, 그리고 열손실 및 루이스 수에 의한 영향이 혼재된 진동으로 구분되었다. 순수 열손실에 의한 진동은 루이스 수에 의한 진동과 부력에 의한 수력학적 불안정성과 관련이 없으며 연료 루이스 수에 관계없이 모든 부상화염 조건에서 관찰되었다. 화염의 시간에 따른 부상높이 변화에 대한 FFT분석을 통해 화염진동 불안정성의 실험적 증거와 특성을 명확히 제시하였고, 부상 화염의 열손실에 의한 자기진동의 메커니즘에 대한 시나리오를 논의한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권2호
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• pp.160-168
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• 2010

공명 주파수의 음파로 가진된 비예혼합 분류화염에서 가진 강도에 대한 영향을 실험적으로 조사하였다. 이를 위해 Mie 산란광 단면법, PLIF, PIV 등 광학적 가시화 방법이 사용되었다. 가진된 분류화염의 부상경로는 연료유량 및 가진 강도에 따라 크게 세 가지 영역으로 구분되는데, 비교적 큰 가진 강도에서 부상될 때 화염기저가 마치 난류화염처럼 부상되는 영역I과 작은 가진 강도에서 쉽게 부상되는 영역II 그리고 이 두 영역들 사이에서 부상된 화염기저가 부분 예혼합의 분젠화염과 같은 형태로 과도기적 영역이 존재함을 알았다. 본 연구에서는 영역I과 II로 구분되는 부상경로 차이에 대한 이해를 높이고자 가진 위상에 따른 노즐과 화염기저간의 유동 혼합과 속도 분포 특성을 아세톤 PLIF와 PIV 시스템을 사용하여 조사하였다.

• 한국가스학회지
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• 제12권2호
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• pp.77-84
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• 2008

제트상사성 이론에 의해 잘 이해되어온 층류부상화염의 부상화염 거동에 대해 연료 노즐 직경 변화 효과를 통한 부력효과의 중요성을 밝히기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 부력 효과를 평가하기 위해 연료노즐 직경을 $0.1{\sim}6\;mm$ 정도의 크기까지 변화시켰고, 헬륨을 희석제로 프로판과 메탄 화염을 순수 연료로부터 희석하면서 부상 거동을 체계적으로 관찰하였다. 부상화염 거동 설명을 위해 중요 물리 변수인 희석율로 표현되는 연료강도, 화염 스트레치, 화염 곡률 효과로 부상 거동을 체계적으로 설명하기 위해 척도 법칙(scaling law)을 통한 중요 물리 변수를 실험 변수로 유도하였다. 노즐 직경이 큰 경우와 연료 희석율이 큰 경우에 대해서는 부력 효과가 중요하다는 것을 실험 결과로부터 입증하였다. 또한, Chen 등의 결과에 따라 0.5

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권10호
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• pp.1025-1031
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• 2011

자발화 특성은 디젤 및 PCCI 엔진의 설계에서 중요한 인자이다. 특히, 디젤분무화염은 자발화현상에 의해서 형성되어 노즐에서 부상된다. 노즐과 부상화염 사이의 영역에서 분무된 디젤의 중앙으로 주위 공기의 유입이 발생하기 때문에, 그 부상된 화염은 매연 생성에 영향을 준다. 본 연구에서 간단한 모델로써 동축류 제트를 적용하였고, 점화지연시간에 대한 자발화 과정에서 발생하는 열손실의 영향을 확인하였다. 메탄($CH_4$), 에틸렌($C_2H_4$), 에탄($C_2H_6$), 프로핀($C_3H_6$), 프로판($C_3H_8$), 및 노말 부탄(n-$C_4H_{10}$)의 연료들을 고온의 공기로 분사하였으며 자발화된 부상화염의 높이를 측정하였다. 그 결과로 자발화된 부상화염의 높이와 열손실을 고려한 점화지연시간과의 상관관계를 결정하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권7호
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• pp.729-738
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• 2010

질소로 희석된 부탄 층류 부상 화염에서 발생할 수 있는 화염진동 메커니즘을 살펴보기 위하여 실험적 연구를 수행하였다. 화염 진동은 층류 자유제트 부상 화염에서 5가지 영역으로 구분되었다: 화염 안정화 영역 (I), 열손실에 의한 진동 (II), 열손실에 의한 진동과 부력에 의한 진동이 혼재된 영역 (III),열손실에 의한 진동과 화염날림 직전의 진동이 혼재된 영역 (IV), 그리고 열손실에 의한 진동, 부력에 의한 진동 및 화염날림 직전의 진동이 모두 혼재된 영역(V). 각각의 화염진동의 특성을 규명하기 위해 화염의 시간에 따른 부상 높이 변화에 대한 FFT분석을 수행하였고 각 영역에 관련된 무차원 변수와 스트라훌 수의 조합으로 특성화 작업을 수행하였다.