• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.33 no.3
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• pp.1-9
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• 2005

The interaction between hypersonic free stream and side jet flow at high altitudes is investigated by using the direct simulation Monte Carlo (DSMC) method. In order to alleviate the difficulty associated with the large density difference between the free stream and the side jet flow and to simulate the two flows simultaneously, a weighting factor technique is applied. For validation, the corner flow over a pair of plates perpendicularly attached is calculated with and without a side jet, and the results are compared with experiment. For a more realistic configuration, the flow past a blunted cone cylinder shape is solved. The leeward or windward jet is injected into the free stream and the effect on the aerodynamic force and moment is observed at various flow angles. The lambda shock effect and the wake structure are studied in terms of the surface pressure differential. A higher interaction between the free stream and the side jet flow is observed when the side jet is injected in the windward direction.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.31 no.2
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• pp.1-9
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• 2003

In the present study, a 3-D Parallel DSMC method in developed on unstructured meshes for the efficient simulation of rarefied gas flows. Particle tracing between cells in achieved based on a linear shape function extended to three dimensions. For high parallel efficiency, successive domain decomposition is applied to achieve load balancing between processors by accounting for the number of particles. A particle weighting technique is also adopted to handle flows containing gases of significantly dirrerent number densities in the same flow domain. Application is made for flow past a 3-D delta wing and the result is compared with that from experiment and other calculation. Flow around a rocket payload at 100km altitude is also solved and the effect of plume back flow from the nozzle in studied.

• Aerospace Engineering and Technology
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• v.8 no.1
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• pp.144-153
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• 2009

To study the plume effects in the rarefied region, the Direct Simulation Monte Carlo(DSMC) method is usually adopted because the plume field usually contains the entire range of flow regime from the near-continuum in the vicinity of nozzle exit through transitional state to free molecular at far field region from the nozzle. The objective of this study is to investigate the behaviors of a small monopropellant thruster plume in the rarefied region numerically using DSMC method. To deduce accurate results efficiently, the preconditioned scheme is introduced to calculate continuum flow fields inside thruster to predict nozzle exit properties used for inlet conditions of DSMC method. By combining these two methods, the rarefied flow characteristics of plume such as strong nonequilibrium near nozzle exit, large back flow region, etc, can be investigated.

• Journal of Energy Engineering
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• v.20 no.4
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• pp.338-345
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• 2011

The swirl flow applied for high efficiency and reduction of emission such as NOx, CO in a gas turbine engine makes recirculation zone by shear layer in the combustion chamber. This recirculation zone influences a decreasing flame temperature and flame length by burned gas recirculation. Also it is able to suppress from instability in lean-premixed flame. In this study, it was found that the swirl flow field was characterized as function of swirl number using PIV measurement in dump combustor. As increasing swirl number, a change of flow field was presented and recirculation zone was shifted in the nozzle exit direction. Also turbulent intensity and turbulent length scale in combustor were decreased in combustion. It has shown reduction of eddies scale with swirl number increasing.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.98-98
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• 2012

최고진공도 10-10 mbar, 배기속도 2500 L/s를 구현할 대용량 복합 분자펌프(TMP) 설계를 위한 3차원 유동해석을 실시하였다. 진공도가 10-5 mbar 이상이 되는 고진공도에서는 Knudsen 수가 102~107에 이르러 분자간 충돌을 거의 무시할 수 있게 되며, 이때의 유체해석 방법으로서는 통상 희박기체 해석법으로 많이 쓰이는 Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) 방법이나 Continuum fluid에 대한 Navier-Stokes 해석보다, 충돌이 없는 분자의 자유운동을 모사하는 Monte Carlo 방법이 더 적합할 수 있다. 본 연구에서는 다단계 rotor와 stator로 구성되는 복합분자 내 유동장에 Monte Carlo 해석법을 적용하여 유동해석을 실시하였다. 해석 방법의 타당성을 확인하기 위해 동일한 형상에 대해 Navier-Stokes 해석과 DSMC 해석을 병행하였다. 각각의 수치적 해석에서 공통적으로, TMP의 성능에 지배적인 영향을 미치는 설계변수는 rotor-stator의 날개각임이 확인되었고, 이 설계변수들의 최적값을 다양한 3차원 유동해석을 통해 도출하였다. 해석결과는 펌프설계에 적용되어 펌프 성능시험결과를 통해 확증된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.90-90
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• 2011

배기속도 2,500 L/s, 최고진공도 10-10 mbar를 구현할 대용량 복합 분자펌프 설계를 위한 2차원과 3차원 형상을 대상으로 실시하였다. 진공도가 10-5 mbar 이상이 되는 고진공도에서는 Knudsen 수가 102~107에 이르러 분자간 충돌을 거의 무시할 수 있게 되며, 이때의 유체해석 방법으로서는 통상 희박기체 해석법으로 많이 쓰이는 Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) 방법보다, 충돌이 없는 분자의 자유운동을 모사하는 Monte Carlo 방법이 더 적합하게 된다. 본 연구에서는 다단계 rotor와 stator로 구성되는 복합분자 내 유동장에 Monte Carlo 해석법과 DSMC 방법을 모두 적용하여 유동해석을 실시하였다. 먼저 2차원 모델에 대한 해석을 실시하여 분자펌프의 성능에 중요한 영향을 미치는 설계변수로 날개각과 날개간격이 현저함을 확인하였으며, 이 설계변수들이 펌프의 주요성능 지표인 최대펌핑효율과 최대압축비에 미치는 영향을 다양한 3차원 유동해석을 통해 도출하였다. 유동해석 결과, 기체분자와 rotor 날개사이의 충돌 확률을 높이는 방안이 대체적으로 펌프의 성능을 향상시키는데 도움이 되는 것으로 나타났다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.9 no.3
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• pp.250-260
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• 2000

유동층 연소기술은 다양한 연료의 사용과 SOx와 같은 공해물질의 배출제어가 용이하여 환경규제에 대한 대처능력이 우수한 발전방식으로 널리 적용되고 있는 추세이다. 국내에서도 동해화력 1,2호기(200MWe급)가 유동층 연소방식을 도입하여 운전중에 있으며, 국내 무연탄을 연료로 사용하는 최대 규모의 순환 유동층 보일러라 할 수 있다. 본 논문에서는 IEA-CFBC 모델을 이용하여 개발된 동해화력 순환유동층 성능모사 시뮬레이션 틀을 이용하여 여러 가지 운전변수 변화에 따른 성능예측을 수행하였으며, 특히, 연소로의 성능향상을 위한 방안의 일환으로 사이클론 개조를 수행하고 그에 따른 성능모사를 고찰하였다. 본 성능평가 결과 연소로내 전체 차압을 증가시키는 운전을 지향하는 것이 연소로내 희박상의 온도분포를 낮추고, 탈황효율을 증가시켜 운전 안정화에 기여하는 것으로 나타났다. 또한, 본 시뮬레이션 틀을 이용한 운전변수 변화에 대한 성능예측 결과 동해화력 운전 실측치와 잘 일치하는 것으로 고찰되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.105.2-105.2
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• 2013

배기속도 2500 L/s, 최고진공도 10-10 mbar의 구현을 목표로 하는 대용량 복합 분자펌프 설계를 위한 3차원 유동해석을 실시하였다. 진공도가 10-5 mbar 이상이 되는 고진공도에서는 Knudsen 수가 102 이상이 되어러 분자간 충돌을 거의 무시할 수 있게 되며, 이때의 유체해석 방법으로서는 통상 희박기체 해석법으로 많이 쓰이는 Direct simulation Monte Carlo 방법보다, 충돌이 없는 분자의 자유운동을 모사하는 Monte Carlo 방법이 더 적합할 수 있다. 본 연구에서는 다단계 rotor와 stator로 구성되는 복합분자 내 유동장에 Monte Carlo 해석법을 적용하여 유동해석을 실시하였다. 다양한 변수의 조합에 대한 수치적 해석에서, 복합분자펌프의 성능에 영향을 미치는 중요한 설계변수는 rotor-stator의 날개각, 유동방향 회전축의 두께 변화 등, 진행방향 분자의 모멘텀에 직접적인 영향을 미치는 변수들임이 확인되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.22-22
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• 2010

배기속도 2500 L/s, 최고진공도 $10^{-10}$ mbar를 구현할 대용량 복합 분자펌프 설계를 위한 3차원 유동해석을 실시하였다. 진공도가 $10^{-5}$ mbar 이상이 되는 고진공도에서는 Knudsen 수가 $10^2{\sim}10^7$에 이르러 분자간 충돌을 거의 무시할 수 있게 되며, 이때의 유체해석 방법으로서는 통상 희박기체 해석법으로 많이 쓰이는 Direct simulation Monte Carlo 방법보다, 충돌이 없는 분자의 자유운동을 모사하는 Monte Carlo 방법이 더 적합하게 된다. 본 연구에서는 다단계 rotor와 stator로 구성되는 복합분자 내 유동장에 Monte Carlo 해석법을 적용하여 유동해석을 실시하였다. 먼저 2차원 해석을 실시하여 분자펌프의 성능에 중요한 영향을 미치는 설계변수들을 도출하고, 이 설계변수들의 최적값을 다양한 3차원 유동해석을 통해 도출하였다. 해석결과는 펌프설계에 적용되어 펌프 성능시험결과를 통해 확증된다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.36 no.2
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• pp.225-232
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• 2012

A chemical reactor network (CRN) was developed for a lean premixed gas turbine combustor to predict the emission of pollutants such as NOx and CO. In this study, the predictions of NOx and CO emissions from lean premixed methane-air combustion in the gas turbine were carried out using CHEMKIN and a GRI 3.0 methane-air combustion mechanism, which includes the four NO formation mechanisms for various load conditions. The calculated results were compared with experimental data obtained from a modified test combustor to validate the model. The contributions of the four NO pathways were investigated for various load conditions. The effects of nonuniformity of the mass flux and of the equivalence ratio of the injector on the NOx formation were investigated, and a method of reducing the pollutant formation was suggested for the development of a sub-10 ppm gas turbine combustor.