• 한국추진공학회지
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• 제15권6호
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• pp.15-25
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• 2011

금속 연료 중 널리 사용되는 알루미늄의 연소 특성에 관하여 1차원 연소모델링을 제안하였다. 연소 모델링은 예열영역, 반응영역, 반응 후 영역, 세 영역으로 나누어 수행하였다. 또한 희박연소로 가정하여 단일 입자의 경우 입자크기와 당량비에 따른 화염속도, 나노와 마이크로 입자의 혼합물의 경우 혼합 비율에 따른 화염속도를 압력이 1기압 조건에서 계산하여 실험결과와 비교하였다. 단일입자의 경우, 입자의 크기가 작아질수록 화염속도가 빨라지고, 당량비가 낮아질수록 화염속도가 느려지는 현상이 관찰되었다. 나노와 마이크로 입자의 혼합물의 경우, 나노 입자의 함유량에 따라 화염속도는 빨라지며, 화염구조는 분리화염과 중첩화염이 나타남이 관찰되었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년도 제30회 춘계학술대회논문집
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• pp.187-192
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• 2008

A simplified model for an isolated aluminum particle burning in air is presented. Burning process consists of two stages, ignition and quasi-steady combustion (QSC). In ignition stage, aluminum which is inside of oxide film melts owing to the self heating called heterogeneous surface reaction (HSR) as well as the convective and radiative heat transfer from ambient air until the particle temperature reaches melting point of oxide film. In combustion stage, gas phase reaction occurs, and quasi-steady diffusion flame is assumed. For simplicity, 1-dimesional spherical symmetric condition and flame sheet assumption are also used. Extended conserved scalar formulations and modified Shvab-Zeldovich functions are used that account for the deposition of metal oxide on the surface of the molten aluminum. Using developed model, time variation of particle temperature, masses of molten aluminum and deposited oxide are predicted. Burning rate, flame radius and temperature are also calculated, and compared with some experimental data.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.791-796
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• 2017

본 연구에서는 알루미늄 입자 크기에 따른 파라핀 혼합연료의 연소 특성에 관한 실험을 수행하였다. 평균 입도 100 nm 및 $8{\mu}m$ 크기의 알루미늄 입자와 Sasol사의 마이크로크리스탈린 파라핀 왁스(Sasol 0907)를 이용하여 연소실험을 수행하였고 순수 파라핀과 알루미늄 입자 5 wt%를 첨가한 파라핀 혼합연료의 후퇴율과 압력선도, 특성배기속도 등을 비교하였다. 마이크로 입자의 첨가는 산화제 유속이 증가할수록 후퇴율을 향상시켰으나 나노 입자의 첨가는 후퇴율이 감소하는 경향을 보였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제34회 춘계학술대회논문집
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• pp.472-475
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• 2010

나노 알루미늄과 물의 연소 반응을 정상상태 층류 연소로 모델링하여 이론적 접근을 하였으며 압력에 따른 화염전파속도의 영향을 조사하였다. 물의 상변화에 따른 증발열을 고려하였으며 다양한 압력 영역(0.1MPa ~ 10MPa)에 대한 연소 특성을 살펴보았다. 모델링 영역을 1)물+알루미늄 2)증기+알루미늄 3)반응영역으로 나누었으며 영역의 방정식을 구성하고 화염속도에 대한 해석적 해를 구하였다. 입자크기에 따른 연소실 압력의 영향을 도출하여 시험결과와 비교, 분석 하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제34회 춘계학술대회논문집
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• pp.460-466
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• 2010

단일 알루미늄의 연소 모델을 사용하여 알루미늄 분말의 점화 과정에 대한 전산유체 해석 기법을 개발하였다. 유동의 계산은 Reynolds averaged Navier-Stokes식을 사용하였으며, $k-{\epsilon}$ 난류모델을 적용하였다. 입자는 Eulerian-Lagrangian 방법을 사용하여 유동과 독립적으로 계산을 수행하였으며 상용 전산유체해석 프로그램인 Fluent 6.3을 사용하여 해석을 수행하였다. 단일 모델에서 사용한 대류 및 복사 열전달, 표면이상반응, 알루미늄의 용융열을 입자 가열원으로 고려하였다. 같은 조건을 사용하여 단일 입자 모델 계산과 전산유체해석을 수행하였으며, 두 결과는 5% 이내로 잘 일치 하였다. 이를 통해 전산유체해석에서 알루미늄의 점화를 모사할 수 있음을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
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• pp.321-327
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• 2010

마이크로 크기의 단일 알루미늄 해석을 위한 간단한 모델을 작성하고, 현상의 주요 파라메터를 도출하는 연구를 수행하였다. 금속 입자의 연소는 점화와 준정상상태의 연소 단계로 구성하였고, 각 단계는 액적 연소의 경우와 유사하게 보존 및 이송 방정식들을 사용하여 모사되었다. 모델은 기존의 실험 데이터와의 엄격한 비교를 통해 신뢰성을 검증하였고, 이 과정에서 현상의 주요 변수를 도출하여 그 영향을 평가하였다. 주요 변수로는 초기 입자크기, 산화 피막 두께, 대류 열전달의 유무, 외기온도, 압력 등이 선정되었고, 간단한 열역학적 모델임에도 불구하고 정량적으로 실험 데이터와 유사하게 각각의 파라메터의 영향을 평가할 수 있음을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
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• pp.311-316
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• 2010

The ignition and the burning characteristics of aluminum and magnesium particles ($30-110{\mu}m$ in diameter) isolated due to electrodynamic levitation were experimentally investigated. The burning time, the ignition delay time, the flame temperature, and the flame diameter were measured. The thermal radiation intensity was measured using the photomultiplier tube and the combustion history was monitored by high-speed cinematography. Two-wavelength pyrometry measured the temperature of the burning particles. The burning times of aluminum particles were measured approximately 5 to 8 times longer than those of magnesium particles. Exponents of $D^n$-law, for the burning rate of magnesium and aluminum particles of diameters less than $110{\mu}m$, are found to be 0.6 and 1.5, respectively. The instant of aluminum ignition is clearly distinguished with the ignition delay time little less than 10 ms, however the burning history of magnesium particle exhibits no distinct instant of the ignition. The ignition delay time of magnesium particle (less than $110{\mu}m$) were approximately shown in the range from 50 to 200 ns. The flame temperatures of single metal particles are lower than the boiling point of the oxide. The nondimensional flame diameters for magnesium are decreased with increasing of the diameter. The nondimensional flame diameters for aluminum are not changed significantly.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2012년도 제44회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.241-243
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• 2012

Experiments were conducted to get the design concepts for the continuous aluminum particle feeding system. Two opposed cylinders were used. Aluminum particles in one cylinder were ejected to the air by the supplying gas and the pressure of the other cylinder. It was not possible to eject more aluminum mass flowrate than that of gas if particles were just thrust by the pressure difference between two cylinders. Aluminum particle/air mixture in the flow system was successfully ignited by the electric spark.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.737-744
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• 2011

탄화수소 계열의 점화원과 달리 선행 연구된 스팀 플라즈마 점화기를 이용한 알루미늄 분말의 지속 연소 성공을 바탕으로, 고온의 플라즈마를 이용한 알루미늄 분말의 점화 특성을 알아보기 위해 산화제가 없는 환경을 조성하여 점화 특성 확인 실험을 수행하였다. 아르곤 플라즈마를 이용하여 이전의 연소 실험과 동일한 4500 K의 온도 조건 및 이송 가스를 이용한 입자 공급 조건을 조성하여 실험을 수행하였으며, 플라즈마의 온도는 방출분광법을 사용하여 측정하였고 점화 특성은 SEM 촬영과 EDS 분석을 통해 비교 분석하였다. 고온의 플라즈마 제트 내부를 통과한 알루미늄 분말은 탄화수소 계열의 점화원과 다르게 급격한 기화로 인한 점화 촉진 효과를 확인 할 수 있었다.

• 한국분말재료학회지
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• 제11권4호
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• pp.308-313
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• 2004

An experimental study on the combustion of superfine aluminum powders (average particle diameter, a$_{s}$: ∼0.1 ${\mu}{\textrm}{m}$) in air is reported. The formation of aluminum nitride during the combustion of aluminum in air and the influence of the combustion scenario on the structures and compositions of the final products are in the focus of this study. The experiments were conducted in an air (pressure: 1 atm). Superfine aluminum powders were produced by the wire electrical explosion method. Such superfine aluminum powder is stable in air but once ignited it can burn in a self-sustaining way due to its low bulk: density (∼0.1 g/㎤) and a low thermal conductivity. During combustion, the temperature and radiation were measured and the actual burning process was recorded by a video camera. Scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and chemical analysis were performed on the both initial powders and final products. It was found that the powders, ignited by local heating, burned in a two-stage self-propagating regime. The products of the first stage consisted of unreacted aluminum (-70 mass %) and amorphous oxides with traces of AlN. After the second stage the AlN content exceeded 50 mass % and the residual Al content decreased to ∼10 mass %. A qualitative discussion is given on the kinetic limitation for AlN oxidation due to rapid condensation and encapsulation of gaseous AlN.N.