• Tribology and Lubricants
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• 제36권2호
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• pp.105-115
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• 2020

This paper presents a numerical study on the rotordynamic analysis of a dual-spool turbofan engine in the context of blade defect events. The blades of an axial-type aeroengine are typically well aligned during the compressor and turbine stages. However, they are sometimes exposed to damage, partially or entirely, for several operational reasons, such as cracks due to foreign objects, burns from the combustion gas, and corrosion due to oxygen in the air. Herein, we designed a dual-spool rotor using the commercial 3D modeling software CATIA to simulate blade defects in the turbofan engine. We utilized the rotordynamic parameters to create two finite element Euler-Bernoulli beam models connected by means of an inter-rotor bearing. We then applied the unbalanced forces induced by the mass eccentricities of the blades to the following selected scenarios: 1) fully balanced, 2) crack in the low-pressure compressor (LPC) and high pressure compressor (HPC), 3) burn on the high-pressure turbine (HPT) and low pressure compressor, 4) corrosion of the LPC, and 5) corrosion of the HPC. Additionally, we obtained the transient and steady-state responses of the overall rotor nodes using the Runge-Kutta numerical integration method, and employed model reduction techniques such as component mode synthesis to enhance the computational efficiency of the process. The simulation results indicate that the high-vibration status of the rotor commences beyond 10,000 rpm, which is identified as the first critical speed of the lower speed rotor. Moreover, we monitored the unbalanced stages near the inter-rotor bearing, which prominently influences the overall rotordynamic status, and the corrosion of the HPC to prevent further instability. The high-speed range operation (>13,000 rpm) coupled with HPC/HPT blade defects possibly presents a rotor-case contact problem that can lead to catastrophic failure.

• 청정기술
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• 제23권1호
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• pp.80-89
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• 2017

하수슬러지 고형연료 및 우드펠렛의 전소 및 혼소 실험을 위해 내경 0.1 m, 높이가 1.2 m인 기포 유동층 반응기를 적용하였으며, 장치는 유동층 반응기, 연료 공급장치, 사이클론, 냉각기, 그리고 가스분석기로 구성되었다. 층 물질의 평균입자크기는 $460{\mu}m$이며, 최소 유동화 속도는 $0.21ms^{-1}$이다. 실험에 사용된 연료는 국내산 하수슬러지 고형연료 및 캐나다산 우드펠렛을 적용하였으며, 우드펠렛 기준 혼합율 20, 50, 80%로 고위발열량을 기준으로 산정하였다. 실험 고정변수는 당량비 1.65, 산화제 $100Lmin^{-1}$, 반응기 온도 $800^{\circ}C$, 유동화수 4로 설정하였다. TGA 분석 결과, 하수슬러지의 고형 연료의 연소성이 우드펠렛이 비해 상대적으로 좋지 않았다. 연소시 반응기 온도는 $800{\sim}900^{\circ}C$ 사이로 유지되었으며, 유동층 반응기에서 하수 슬러지 고형연료의 낮은 연소성으로 인해 CO가 상대적으로 높게 측정되었다. 뿐만 아니라 $NO_X$와 $SO_X$는 하수슬러지 고형연료 내의 질소함량으로 인해 우드펠렛에 비해 높게 측정되었으며, 혼소율이 증가될수록 CO, $NO_X$, 그리고 $SO_X$의 배출이 감소하였다. 혼소에 따른 회분의 거동 및 퇴적 경향에서 모든 조건에 대해 슬래깅/파일링의 가능성이 높은 것으로 분석되었다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제36권4호
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• pp.459-466
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• 2012

엔진성능 분석을 위해서는 기관의 정확한 출력이 기본적으로 중요한 인자이며, 또한 오늘날 엔진의 연소압력 분석 장치는 엔진의 연구와 개발, 환경규제 및 엔진의 유지관리를 위해서 필수 장비로 대두 되고 있다. 디젤엔진에서 성능 분석의 정확도는 TDC의 위치를 정확하게 찾는 것이 무엇보다 중요하다. 따라서 본 연구에서는 2행정 대형저속의 선박엔진에서 TDC의 위치에 영향을 주는 인자들의 영향을 조사 분석하고, 정확한 TDC 위치를 파악하기 위한 새로운 방법을 제시하고자 한다. 전보에서 정확한 엔진 출력은 TDC위치의 정확도에 의해서 결정이 되며, '시간기준 계측' 방법 보다 '각도기준 계측' 방법이 정확도 측면에서 우수함을 밝혔다. 또한 압축압력의 피크는 열손실 및 Blow by에 의한 가스누설로 실제 TDC와 차이가 발생하는 손실각(Loss of angle)을 확인하였으며, 이를 이용하여 정확한 출력을 측정할 수 있는 '향상된 시간기준' 방법을 고안하였다. 이 방법은 선박의 주기관의 손실각만 보정함으로써 엔코더가 설치된 실린더의 '각도기준 계측' 방법과 같은 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다. 따라서 본 연구에서는 정확한 엔진출력의 새로운 계측 방법을 제시하고, 그 결과에 대한 신뢰성을 검증 하고자 한다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제15권1호
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• pp.16-22
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• 2001

석유화학플랜트에서 다량 부산되는 가연성 고체인 PP(Polypropylene) 및 LLDPE(Linear low density polyethylene)의 열적특성과 압력용기를 이용하여 산화제와의 혼촉위험성을 조사하였다. 시차주사열량계 및 열중량 분석기를 이용하여 온도에 따른 발열개시온도 및 중량감소를 조사하였고, PP 및 LLDPE의 혼촉위험성을 살펴보고자 소방법상 제1류 위험물로 분류되고 있는 몇 가지 대표적인 산화성 고체와 혼합하여 무게비에 따른 압력용기 내에서의 혼촉위험성을 조사하였다. 또한 가스농도 측정기를 이용하여 PP 및 LLDPE에 대한 연소생성물의 농도를 측정하였다. DSC분석 결과 열분해에 따른 발열 피크가 PP의 경우 220~$250^{\circ}c$ 부근에서 나타나고 있으며, TGA분석결과 PP 및 LLDPE의 분해온도는 각각 200~$350^{\circ}c$, 300~$500^{\circ}c$ 범위이다. 압력용기 시험에 의한 산화제와 PP 및 LLDPE 분진의 혼촉위험성은 오리피스 직경이 감소할수록, 산화제와의 혼촉 무게비가 증가할수록 그리고 시료의 분해온도와 산화제의 분해온도가 비슷한 경우 흔촉위험성이 크게 나타났다. 또한 시료의 연소가스 분석결과 PP의 경우 LLDPE보다 상당히 많은 양의 일 산화탄소가 발생하는 반면 LLDPE가 PP보다 더 많은 양의 이산화탄소 가스를 발생하였다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제34권1호
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• pp.37-46
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• 2020

본 논문은 실내공기질 측정인자들의 화재감지 경향성 측정을 통한 화재감지 활용 가능성에 관한 기초 연구이다. 공기질 측정인자들의 화재감지 경향성을 측정하기 위해 연기감지기 감도시험기를 이용한 작동실험과 UL 268에서 규정하고 있는 종이화재실험을 진행하였다. 연기감지기 감도시험기를 이용한 작동실험 및 UL 268 종이화재실험에 측정된 각각의 측정값을 교차 대입한 결과 공기질 측정기(IAQ) S1의 경우 PM 10(평균값제외), HCHO(평균값 및 최대값 제외), IAQ S2의 경우 PM 1.0, PM 2.5, PM 10, 연소가스분석기(CGA)의 경우 CO(평균값 및 최대값 제외)가 모든 실험 조건에서 연기발생에 따른 측정값의 변화를 통해 경향성을 관찰할 수 있었다. 특히, 본 실험 조건에서 측정되는 인자들 중 적응성이 가장 우수한 PM 10 및 CO는 화재감지 인자로 활용 가능할 것으로 생각된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제22권5호
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• pp.583-592
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• 2016

해상에서는 UN산하 IMO(International Maritime Organization, 국제해사기구)는 선박에서 배출하는 $CO_2$량을 2030년까지 30 %까지 줄이는 것을 목표로 설정하고 있다. 본 연구는 이러한 상황에 대응하고 친환경기술의 개발을 목표로 선박용 내연기관에서의 폐열을 이용하는 열전발전시스템 개발에 최종목표를 두고, 본 논문에서는 선박용 열전발전시스템 개발에 앞서 기초 열해석을 실시하고 분석하였다. 그 결과 다음과 같은 열전발전시스템의 효율향상에 관한 유효한 방법을 얻어 낼 수 있었다. 1) 고온측 열원과 모듈간 온도차를 줄여 모듈의 온도차를 늘리는 것으로 열전발전시스템의 효율이 8.917 %로 향상되는 것을 알 수 있었다. 2) 외부부하저항의 변화에 따른 시스템 효율은 약 6 %로 그 변화폭이 크게 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 3) 동일 계산 조건에서 방형관의 재질이 스테인레스인 경우의 시스템 효율이 8.707 %로 두랄루민(8.605 %), 동(8.607 %)보다 높을 것을 확인할 수 있었다.

• 해양환경안전학회지
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• 제24권6호
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• pp.834-840
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• 2018

본 연구에서는 선박용 엔진을 활용하여 E2, E3 사이클 시험 결과로부터 연료 내 황 함유량 변화에 따른 대기오염물질 배출 특성을 조사하였다. 테스트를 위해 사용된 엔진은 360 PS의 엔진(Doosan L126TIH engine)을 활용하였고, 동력계로는 Horiba-Schenck사의 400급 동력계인 W400을 사용하였다. 엔진에서 발생되는 대기오염물질 계측을 위해서는 오스트리아 AVL사의 FTIR과 SPC 장비를 배기라인 후단에 장착해서 사용하였다. 실험 결과로는 E2, E3 사이클 모두에서 연료 내 황 함유량이 증가할수록 THC와 CO의 단위 출력 당 배출량은 감소하고 입자상물질은 증가하였다. 연료의 황 함유량이 증가할수록 동점도가 증가되어 엔진의 연료소모율이 좋아지는 것을 확인하였다. 이는 본 연구에 사용된 엔진의 경우 연료 분사압력이 일정한 상태에서 동점도 증가에 따른 분무입자의 평균입경이 커짐에 따른 연소상태가 개선되었기 때문이라 생각되어진다. 질소산화물의 경우 이번 연구에서는 황함유량의 변화에도 배출량에서는 큰 변화를 보이지 않았다.

• 대한조선학회논문집
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• 제39권2호
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• pp.52-60
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• 2002

선상가열은 고온의 열원을 강판에 가하여 잔류변형을 얻음으로써 곡면을 성형하는 과정이다. 잔류 변형 제어를 위해서 열원과 강판 사이의 열전달 현상 및 강판의 온도 분포에 대한 이해가 필요하다. 본 연구는 가스 토오치로부터 분출된 연소 불꽃에 의한 가스가 강판을 가열하는 선상 가열 과정을 고온, 고속의 충돌 분출류와 그에 의한 열 대류 전달 현상으로 간략화 하여 강판의 온도 분포에 대한 해석을 시도하였다. 해석을 위하여 토오치에서의 연소 현상을 고온, 고속의 충돌 분출 현상으로 간략화 시키고 난류열 유동 해석을 수행하였다. 난류 열 유동 해석을 통하여 토오치와 강판 사이의 온도장 분포를 계산하였고 충돌 분출류에 관한 근사 누설트 실험식을 이용하여 분출류와 강판 사이의 열 대류 계수를 계산하였다. 온도 분포와 열 대류 계수를 통해서 강판에 유입되는 열 유속을 계산할 수 있었고 열 유속을 표면력으로 하는 열 전도 전달 해석을 통해 강판 내의 온도장 분포를 구할 수 있었다. 난류 열 유동 해석 및 전도 열 전달 해석을 위하여 유한 요소법을 이용하였으며, 유한 요소 해석결과를 실험 결과와 비교함으로써 본 연구에서 수행한 해석 과정의 타당성에 대한 검증을 수행하였다.

• 공업화학
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• 제20권1호
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• pp.62-66
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• 2009

지속적인 연료비용의 상승 및 가채매장량의 한계로 인하여 비재래형 연료 및 공정 부산물의 연료적 가치에 대한 관심이 증가하고 있으며, 그중 대표적인 것이 오일샌드 및 이의 부산물인 코크스의 이용기술이다. 본 연구에서는 오일샌드 코킹 공정에서 발생되는 오일샌드 코크스의 에너지화 이용을 위하여 실험실 규모의 고정층 가스화 시스템을 이용한 연구를 수행하였다. TGA를 이용하여 오일샌드 역청 및 코크스의 연소 반응특성을 확인하였으며, 실험실 규모의 가스 화기를 이용하여 산소/연료 비율, 온도 및 스팀주입량에 따른 가스화 후 생성되는 합성가스의 특성을 파악하였다. 오일샌드 코크스는 높은 탄소함량, 발열량 및 황 함량 특성을 보인 반면 낮은 회재함량과 반응성의 특성을 보였다. 오일샌드 코크스 가스화의 경우 일반적으로 온도, 스팀주입량 증가 및 산소주입량 감소에 따라 $H_2$ 생성량은 증가하였으며 $CO_2$ 생성량은 감소하는 경향을 보였다. 합성가스 발열량은 $2100kcal/Nm^3$ 정도의 값을 보여 오일샌드 코크스의 수소원료 및 연료로서 이용 가능성을 확인하였다.

• 한국환경농학회지
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• 제26권1호
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• pp.1-6
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• 2007

본 연구에서는 바이오가스의 연소엔진을 이용한 에너지 전환시에 발생되는 $NO_x$와 CO의 배출특성을 분석하고 나아가 배출계수를 산정하고자 하였다. 바이오가스의 주성분인 메탄을 70%로 한 합성가스를 이용하여 실험한 결과 연소엔진의 표준상태에서 $NO_x$와 CO가 각각 4 ppm과 100 ppm의 배출농도를 나타내었고, 이는 1.29g/MMBtu와 30.86 g/MMBtu의 배출계수 값을 산정할 수 있었다. 바이오가스의 주성분인 메탄을 60%로 한 약간의 과잉공기의 상태에서는 $NO_x$와 CO가 각각 2 ppm과 200 ppm의 배출농도를 나타내었고, 이는 정격 조건에 비해 투입열량이 적어져 연소온도의 저하로 인하여 열적 반응에 의해 생성되는 $NO_x$는 줄고, CO는 증가함을 알 수 있었다. 미국 EPA의 배출계수를 비교하기 위하여 투입된 연료의 열량을 기준으로 비교해 볼 때 본 연구의 결과가 $NO_x$의 경우 근사한 값을 보여 주었고, 이는 국내 바이오 가스 연소시의 오염배출계수로 잘 적용 가능함을 보여 주었다. 본 연구에서 사용한 가스엔진이 오염배출 측면에서 대기 환경보전법상의 배출 허용기준 내에서 가동됨을 알 수 있었고, 가동조건에 따라 연소온도를 증가시킴으로서 CO의 발생을 저감시킬 수 있으리라 사료된다.