• 대한기계학회논문집B
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• 제34권2호
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• pp.197-202
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• 2010

자발 진동하는 층류 예혼합 분젠 화염을 관찰하기 위하여 분기관을 가진 연소기를 제작 하였다. 특히, 조건에 따른 화염 거동을 살펴봤으며, 화염 표면적과 열발생 변동의 관계에 대하여 고찰하였다. 본 연구에서 사용된 당량비는 1.1 이고, 노즐 출구 평균 유속은 1.75 m/sec 이다. 연소 챔버와 분기관의 길이비(L.R.)는 연소기 내 압력 변동에 영향을 미치며, 결과적으로 화염 거동 특성이 달라짐을 관찰하였다. 또한, 간섭 필터의 유무에 따른 $OH^*$, $CH^*$, 그리고 화염 자발광은 정성적으로 유사한 거동을 나타냈으며, 자발 진동하는 층류 예혼합 분젠 화염의 화염 표면적 변동과 열발생 변동은 선형적인 관계를 가짐을 확인하였다.

• 에너지공학
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• 제11권2호
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• pp.166-177
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• 2002

본 연구는 화염안정을 위해 약간의 메탄을 첨가한 1차원, Hat, 예혼합, 층류 석탄-공기 화염구조에 관한 연구로서 반응영역을 늘리기 위해 0.3 atm에서 운전되는 저압버너를 사용하였다. 본 연구에서는 가스 온도, 주요가스의 농도, 샘플된 촤의 분석과 화염속도에 대하여 여러 모델들의 해석결과를 실험결과와 서로 비교하였다. 여러 모델중 촤 표면적 지수(S=4)와 휘발성분에 대해 각각의 탈휘발화 속도상수를 적용한 model II $I^{*}$ -d가 실험치와 비교적 일치함을 보여주었다. 샘플된 촤의 분석 결과 입자의 반응이 낮게 예측되어져 촤 표면적지수를 증가시켜야만 했다. 이 지수는 촤의 반응 표면적에 대한 민감도 분석으로부터 얻어진 결과였고 model II $I^{*}$ -d의 화염속도 해석결과는 대부분의 측정치에 근접한 결과를 보여주고 있다. 고체 입자 직경은 열적 지연과 반응표면적을 통하여 탈휘발화율과 촤 산화에 큰 영향을 주며 이는 곧 화염속도에 영향을 주고 있음을 보여주었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제20권2호
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• pp.624-631
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• 1996

가솔린 화재의 소화과정을 규명하기 위하여 부력과 순수확산에 의해서만 연료와 산화제가 혼합되는 순수확산화염을 대항으로 수분무에 의한 소화실험을 체계적으로 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 수분무는 특정 조건에서 수분무가 없을 때인 자연연소상태에 비하여 더 높은 값의 연소율을 가지게 되어, 오히려 화재의 연소를 촉진하게 된다. 2) 수분무시 연소율은 자연연소상태보다 더 높은 값으로 증가하다가 어느 순간 연료표면의 냉각조건이 충분히 이루어지면 소화기 일어나게 된다. 30 수분무에 의해 유입되는 공기는 분무 자체와 함쎄 화염을 반경방향으로 흐트러지게 함으로써 연료와 공기와의 접촉면적을 증대시켜 연소를 촉진하는 반면, 분무수가 연료 표면에 쉽게 도달할 수 있도록하여 연료표면을 보다 잘 냉각시키게 된다. 즉 주위공기의 유입은 연소율의 증가 및 감소에 영향을 미친다. 4) 본 실험조건에서는 분무수의 입경이 약 40.mu.m 이하인 액적들은 화염구역내에서 증발하거나 그 경로가 바뀌어 연료 표면에 도달되지 못함을 발견하였다. 5) 본 연구와 같이 주로 냉각작용에 의하여 화염이 소화되는 경우에는, 화염자체의 냉각효과 보다는 연료표면의 냉각에 의한 효과가 지배적임을 알 수 있었다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제27권6호
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• pp.15-20
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• 2013

반발 입자 군집 최적화 알고리즘을 이용하여 시편 표면에서의 대류열전달 계수, 방사율 및 화염에 의한 열유속을 예측하였다. 콘 칼로리미터를 이용하여 여러 열유속 조건 하에서의 방무목 시편의 표면 온도와 질량감소율 및 발화시간을 측정하였다. 본 연구에서 최적화된 대류열전달계수, 방사율 및 화염에 의한 열유속을 이용하여 계산된 표면온도는 실험결과와 각 열유속에 대하여 평균오차가 2% 내로 잘 일치하였다. 본 연구에서 제시한 방법을 이용하여 실험적 방법으로 직접 측정하기 매우 어려운 화염이 발생하는 표면에서 열전달과 관련된 여러 물리량을 구할 수 있다.

• 한국재료학회지
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• 제6권2호
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• pp.153-157
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• 1996

연소화염법을 이용한 다이아몬드 박막합성은 기판의 표면상태에 크게 의존한다. 특히 탄소결합상이 기판에 조재하는 경우 다이아몬드 핵생성과 성장은 크게 영향을 받는다. 본 연구에서는 일정한 흡입가스비율(R=O2/C2H2)과 기판온도 조건의 연소화염법을 이용하여 몰리브덴 기판위에 다리아몬드박막을 합성하는 과정에서 박막의 핵생성에 미치는 기판 탄소화합물의 영향을 조사하였다. Mb 금속기판표면에 형성된 탄화물로는 Mo2C상과 soot를 택하여 박막합성 전에 Mo기판상에 형성시켰다. Mo 금속기판표면에 형성된 탄화물(Mo2C)상에는 다이아몬드 핵생성과 입자성장이 촉진되어 가장 조대한 양질의 다이아몬드 입자가 형성되었다. 이것은 탄화물상이 반응가스중의 탄소의 확산을 저지함과 동시에 핵생성의 필요한 잠복기간을 감소키켰기 때문이다. 그러나 soot를 구성하는 미세한 탄소결합상들이 다이아몬드 핵생성 장소로 작용하여 결과적으로 다이아몬드 수밀도가 가장 크게 관찰된 반면, 입자성장은 Mo2C기판에 비해 작았다.

• 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.

• 한국추진공학회지
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• 제19권5호
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• pp.84-90
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• 2015

티타늄 합금은 고온 추진체의 부품에 사용될 경우, 고온의 화염에서 순간적으로 노출될 수 있음으로, 고온의 화염하에서의 내산화특성을 평가할 필요가 있다. 본 연구에서는 Ti64 합금 (Ti-6%Al-4%V) 및 코팅된 Ti64 합금을 고온화염하에서 산화손상 및 내산화 특성을 평가하고자 하였다. Ti64 합금의 코팅은 알루미늄 확산코팅법을 사용하여 코팅을 수행하였다. 표면에 알루미나이드층이 코팅되지 않은 Ti64 합금은 고온의 화염 노출시에 표면 박리현상이 발생하였으나, 코팅된 시험편은 표면박리현상이 나타나지 않았고 알루미나이드 층의 산화물 생성으로 인하여 표면이 보호됨을 관찰할 수 있었다. 화염노출시 코팅층의 역할을 고찰하기 위하여 코팅층을 분석하였으며, 조직의 변화를 고찰하고 논의하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.161-161
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• 2014

열플라즈마는 주로 아크 방전에 의해 발생시킨 전자, 이온, 중성입자(원자 및 분자)로 구성된 부분 이온화된 기체로, 국소열평형상태를 유지하여 구성입자가 모두 수천에서 수만도에 이르는 같은 온도를 갖는 고속의 제트 화염 형태를 이루고 있다. 이렇게 고온, 고열용량, 고속, 다량의 활성입자를 갖는 열플라즈마의 특성을 이용하여, 종래 기술에서는 얻을 수 없는 다양하고 효율적인 산업적 이용이 활발히 진행되고 있다. 용사코팅은 노즐 출구를 통해서 외부로 방출되는 열 플라즈마 화염을 이용하는 것으로 이 화염의 와류 특성으로 인하여 외기의 가스가 화염내부로 침투하는 특성을 가진다. 이러한 현상은 열원의 냉각효과 외에도 외기를 구성하는 기체 분자의 내부 유입을 의미하는 것으로 대기 상태에서 공정이 이루어진다면 열원 내로 유입되는 대기 내의 산소가 모재 표면과 반응하여 산화가 진행된다. 이러한 산화과정은 용사 코팅의 품질을 저하시키는 요인이 되므로, W, Ti 등과 같은 반응성이 높은 재료의 코팅은 산화과정을 방지하기 위하여 진공에서 코팅을 하여야만 한다. 진공 플라즈마용사코팅은 진공 또는 저압의 불활성 분위기 중에서 열플라즈마 화염에 용사재료를 투입하여 플라즈마 화염 내부에서 순간적으로 이를 용융시킨 후 고속으로 분출, 모재에 적층시키는 코팅공정이다. 이때 분말상의 용사재료를 고속으로 화염 중심에 투입하여 최대 에너지 전달이 이루어지도록 하는 것이 적층효율 및 코팅품질을 향상에 필수적이다. 하지만 플라즈마 화염 내부를 고속으로 이동하는 입자의 온도와 속도 및 궤적을 측정하여 제어하는 것은 매우 어렵기 때문에, 통상 형성된 코팅의 구조와 두께로부터 경험적으로 파라미터를 결정하는 것이 일반적이다. 본 연구에서는 초고속 레이저 카메라와 이미지 분석용 소프트웨어를 이용하여 플라즈마 화염내의 비행입자 궤적을 추적하고, 이를 통해 분말 이송가스의 유량이 코팅 효율 및 미세구조에 미치는 영향을 조사하였다. 플라즈마 화염은 중심부가 가장 높은 온도와 속도를 가지고 있기 때문에, 분말 이송가스의 유량이 적을 경우 투입된 분말은 단지 플라즈마 화염의 상부 경계면을 지나는 궤적을 갖게된다. 이로 인해 분말의 용융이 충분히 이루어지지 않아 적층 효율이 낮고 미용융 입자 및 기공이 많은 미세구조를 보였다. 이송가스 유량을 증가시키게 되면, 분말의 궤적은 플라즈마 화염의 중심부를 지나게 되어 적층 효율이 증가하고 미세구조 또한 개선되었다. 하지만 이송가스 유량이 지나치게 클 경우, 투입된 분말 입자는 플라즈마 화염을 조기에 관통하게 되어 비행궤적은 온도와 속도가 낮은 영역에 형성되었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2009년도 제33회 추계학술대회논문집
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• pp.197-201
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• 2009

대향류확산화염에서 수축하는 화염디스크로부터 화염구멍으로 천이에 대한 실험 연구가 수행되었다. 이러한 연구는 버너직경, 전체신장율 그리고 속도비에 따라 묘사된다. 적절히 작은 버너 직경을 사용한 경우 고신장율 화염임에도 반경방향의 전도 열손실의 효과가 기여하는 것을 실험적으로 입증하였다. 그리고 화염소화 모드는 세 가지로 분류되며 특히, 충분히 큰 고신장율 화염의 표면에서 화염구멍 또는 줄무늬로 나타났다. 그리고 버너직경에 따라 화염소화모드를 구분 짓는 임계화염반경이 존재한다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제7권1호
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• pp.5-10
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• 1993

Flame spreading over liquid fuel surface has been investigated using thermocouple and schlieren photograph. Without forced convection, it was clearly found that the flame spreading is mainly controlled by surface flow which is maybe generated by change of surface tension. Furthermore, the radiative heat transfer is dominant over a conductive heat transfer in kerosene. But the latter was found more influential than the former in diesel. Oscillation of flame spreading was found. It maybe cause of surface flow.