• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.565-565
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• 2013

Free burning arcs where the work piece acts as an anode are frequently used for a number of applications. Our investigation is exclusively concerned with a simplified unified model of arcs and anode under steady state conditions at atmospheric pressure. The model is used to make predictions of arc and anode temperatures and arc voltage for a 200 A arc in argon. The computed temperatures along the axis between the cathode tip and the anode surface compare well the measured data. This knowledge of free burning arcfeatures can play a role in developing the atmospheric plasma systems, however, further investigation should include the modelling of Cu evaporation from anode and non-LTE situation near electrodes for more realistic calculations.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.255.2-255.2
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• 2014

Electrode erosion is indispensable for atmospheric plasma systems, as well as for switching devices, due to the high heat flux transferred from arc plasmas to contacts, but experimental and theoretical works have not identified the characteristic phenomena because of the complex physical processes. Our investigation is concerned with argon free-burning arcs with anode erosion at atmospheric pressure by computational fluid dynamics (CFD) analysis. We are also interested in the energy flux and temperature transferring to the anode with a simplified unified model of arcs and their electrodes. In order to determine two thermodynamic quantities such as temperature and pressure and flow characteristics we have modified Navier-Stokes equations to take into account radiation transport, electrical power input and the electromagnetic driving forces with the relevant Maxwell equations. From the simplified self-consistent solution the energy flux to the anode can be derived.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2011년도 전력전자학술대회
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• pp.498-499
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• 2011

In this paper, the fundamental features of the arc stability DC arc furnace have been investigated, from the converter point of view. To compare of measurement arc data from DC arc furnace and the advanced arc simulations of magneto-hydrodynamics (MHD) and the well known Cassie-Mayr arc model have been extensively used. The MHD based arc simulation has been validated in the subcomponent level, for the free burning arc set up in the laboratory. The arc simulation predicted the arc voltage for different currents with the accuracy which satisfies engineering requirements. It has been shown that the arc current steepness at current zero determines the arc stability, and the associated peak arc resistance can be used as its quantitative measure. Based on the presented insight into the DC arc stability, a converter topology solution which realizes an optimal arc stability has been proposed. The main results presented in this paper provide a design guideline for the future DC arc furnace converter topology developments.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2013년도 전력전자학술대회 논문집
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• pp.354-355
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• 2013

Fundamental features of the arc stability in DC arc furnace of 720V/100kA/72MW have been investigated. Cassie-Mayr arc model has been employed and applied for the target dc arc furnace. In order to characterize the parameters of Cassie-Mayr arc model and the behavior of unstable arc dynamics, the advanced arc simulations of magneto-hydrodynamics (MHD) has been performed. The MHD based arc simulation has been validated in the subcomponent level, for the free burning arc set up in the laboratory. From the results of MHD simulation, dc arc dynamic resistance is proposed to be an effective arc stability function reflecting the instability of dynamic arc behavior. The experimental result confirms the usefulness of proposed dynamic arc resistance as arc stability function. The proposed arc stability function can be regarded as an effective criterion for the overall power conversion system to maintain highly stable arcing operation leading to better productivity and reliability.

• 한국진공학회지
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• 제17권3호
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• pp.189-194
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• 2008

플라즈마 진단법 중 손쉽고 구동이 용이한 장점으로 인해 범용 플라즈마 진단 장치로 사용되는 랑뮤어 (Langmuir) 탐침법은 탐침이 직접 플라즈마 내에 삽입됨으로써 플라즈마를 간섭하기 때문에 플라즈마 고유의 특성을 변형시키는 약점이 있다. 본 연구에서는 대기압 아르곤 자유 연소 아크 (free-burning arc)에 삽입된 랑뮤어 탐침에 의한 교란 영향을 고찰하기 위하여 탐침 유무에 따른 열플라즈마 상태를 수치계산 하였고, 온도장과 속도장이 왜곡된 정도를 비교 분석하였다. 열플라즈마를 모델링하기 위하여 열유동장과 전자기장에 관한 두 종류의 지배방정식을 상용 CFD 프로그램과 자체 제작한 서브루틴을 이용하여 연계 계산하였다. 삽입된 탐침에 의해 열플라즈마 온도장은 탐침의 앞뒤에서 모두 플라즈마 축의 수직 방향으로 큰 변화를 나타내는 열적 교란이 발생되었다. 속도장에서는 탐침 선단의 정체 영역과 후단 후류 영역에서 유동 교란이 발생되었으며, 삽입 된 탐침의 영향이 국부적인 것이 아닌 플라즈마 유동장 대부분 영역에 영향을 미침을 확인할 수 있었다. 따라서 탐침법의 신뢰성을 높이기 위해서는 탐침 삽입에 의한 플라즈마의 열유체역학적 교란을 고려해야 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.498-498
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• 2012

직류 아크 토치를 이용하여 열플라즈마를 발생시키는 방법은 전극의 구성에 따라 크게 비이송식(non-transferred)과 이송식(transferred)의 2가지 형태로 나눌 수 있다. 1950년대 H. Maecker 등에 의해 이론적 기초가 형성되기 시작한 이송식 아크 플라즈마 발생장치는 처리 대상물질을 전극으로 사용하여 양극에서의 에너지 전달을 직접 이용할 수 있으므로 열효율이 매우 높기 때문에 이를 이용한 고출력 토치에 관한 활발한 연구가 지속되고 있다. 본 연구에서는 대기압 아르곤 자유연소아크 방전에 의해 발생되는 열플라즈마의 열유동 특성을 수치적으로 해석하기 위하여 아크 기둥의 온도, 압력 및 속도 특성을 Navier-Stokes 방정식과 Maxwell 방정식을 연계 계산하였다. 또한 아크-전극 상호작용(arc-electrode interaction) 모델링을 통한 양극(anode)인 처리 대상물질로의 에너지 플럭스 유입을 고려하여 전극 내부의 온도분포를 계산하였다. 해석결과를 검증하기 위하여 음극과 양극 사이 플라즈마 기둥(column)의 중심축 온도는 Haddad & Farmer(1984)의 실험데이터와 비교하였고, 양극으로의 에너지 플럭스 및 온도분포 데이터는 Bini 등(2006)의 실험 및 해석데이터와 비교하여 만족스런 일치를 확인하였다.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제2권2호
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• pp.1-4
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• 2001

Urgency of using plasma-energy technologies in power industry, is outlined, increasing of economical efficiency, decreasing of energy consumption and decreasing of environmental pollution, are shown, scientific and technical bases for plasma-energy technologies of fuel utilisation, are designed, results of theoretical, experimental and rig investigations of processes of plasma ignition, gasification, thermochemical preparation for burning and combined processing of coals, are presented, results of realisation of plasma technologies of residual-oil-free (mazout) pulverised-coal boiler kindling, lighting of torch and stabilisation of luid slagging in furnaces with removal of fluid slag, are described.