• 한국유체기계학회 논문집
• /
• 제19권1호
• /
• pp.24-30
• /
• 2016

In this study, a 2W micro-gas turbine engine was designed using micro-electro-mechanical systems (MEMS) technology, and experimental investigations of its potential under actual combustion conditions were performed. A micro-gas turbine (MGT) contains a turbo-charger, combustor, and generator. Compressor and turbine blades, and generator coil were manufactured using MEMS technology. The shaft was supported by a precision computer numerical control (CNC) machined static air bearing, and a permanent magnet was attached to the end of the shaft for generation. A heat transfer analysis found that the cooling effect of the air bearing and compressor was sufficient to cover the combustor's high temperature, which was verified in an actual experiment. The generator performance test showed that it can generate 2W at design rotational speed. Prototype micro-gas turbine generated maximum 1 mW electric power and lasted up to 15 minutes.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제41권1호
• /
• pp.40-47
• /
• 2013

하이브리드 로켓은 고체로켓과 매우 흡사한 내부유동 특성을 가지고 있으므로 와류흘림(vortex shedding)은 하이브리드 로켓에서도 연소안정성에 영향을 미치는 중요한 인자로 판단된다. 본 연구에서는 예연소실에서 와류를 발생시켜 연료 표면와류와의 간섭과 연소특성 변화를 관찰하였다. 기본 형상과 디스크를 장착한 실험 결과, 5개의 주파수 특성이 관찰되었으며 이들은 각각 추진제의 열적지연에 의한 주파수, 디스크, 연료 단면, 후연소실 단면 변화에 의한 와류흘림과 관련된 주파수임을 확인하였다. 특히 디스크 1과 3의 결과를 비교해 보면 디스크 위치에 따라 변화하는 와류흘림이 연소실의 특정 주파수 특성과 상호 간섭하여 공진이 발생하기도 하지만, 또 다른 경우에는 어떠한 간섭도 일어나지 않는 것을 확인하였다. 이러한 선택적 공진현상은 하이브리드 로켓의 비선형 연소안정성 발생을 설명할 수 있는 중요한 메카니즘으로 판단된다.

• 대한설비공학회:학술대회논문집
• /
• 대한설비공학회 2008년도 동계학술발표대회 논문집
• /
• pp.340-344
• /
• 2008

The importance of the more efficient cogeneration system is emphasized. Also the more clean energy is needed at recent energy system. The cogeneration system using Lean burn engine is more preferred to the system using Rich burn engine because of the electrical efficiency. Although the cogeneration system using Lean burn engine is economically preferred, because of the NOx emission level, the system using Rich burn engine with 3-way catalyst can only be used in Korea. The NOx regulation level is 50ppm at oxygen level 13%. The cogeneration hybrid system using Lean burn engine is up to be optimized because of the large amount of the extra-fuel at the after-burner system. The after-burner system at different concept was applied. The reduction time for the activation temperature of the DeNOx catalyst was achieved by making a hole between the combustor and boiler. Because of the lowered fuel consumption, the lowered temperature level was optimized by blocking the hole of the boiler The optimized cogeneration hybrid system consumes $76Nm^3/h$ LNG to produce 150kW electricity compared to before optimization $103Nm^3/h$ LNG. The system was accurately evaluated and the result is following ; 90% total efficiency, below 10 ppm NOx, 50ppm CO, 25ppm HC. The cogeneration hybrid system can meet the current NOx level and exhaust gas regulation. It can achieve the clean combustion gas and efficient cogeneration system.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제29권6호
• /
• pp.722-729
• /
• 2005

Design analysis of the solid oxide fuel cell and gas turbine combined power system is performed considering different methods for preheating cell inlet air. The purpose of air preheating is to keep the temperature difference between cell inlet and outlet within a practical design range thus to reduce thermal stress inside the cell. Three different methods considered are (1) adopting a burner in front of the cell, (2) adopting a preheater (heat transfer from the main combustor) in front of the cell and (3) using recirculation of the cathode exit gas. For each configuration, analyses are carried out for two values of allowable maximum cell temperature difference. Performance characteristics of all cases are compared and design limitations are discussed. Relaxation of the cell temperature difference (larger difference) is proved to ensure higher efficiency. Recirculation of the cathode exit gas exhibits better performance than other methods and this advantage becomes more prominent as the constraint of the cell temperature difference becomes more severe (smaller temperature difference).

• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 2011년도 제36회 춘계학술대회논문집
• /
• pp.258-262
• /
• 2011

비연소성 다이아프램을 장착한 하이브리드 연소기에서 후퇴율 및 연소효율 특성에 관한 연소 실험을 수행하였다. 실험결과 다이아프램을 장착한 경우 후퇴율 및 연소효율이 증가하였으며, 연료포트 직경과 다이아프램 내경의 단차가 클수록 후퇴율 및 연소효율이 증가하였다. 또한 다이아프램으로 인한 연소율 변화를 표현할 수 있는 후퇴율 관계식을 제안하였다.

• 한국추진공학회지
• /
• 제12권6호
• /
• pp.56-65
• /
• 2008

• Journal of Mechanical Science and Technology
• /
• 제17권5호
• /
• pp.726-739
• /
• 2003

A multi-dimensioanl model is being increasingly used to predict the thermo-flow field in the gas turbine combustor. This article addresses an integrated survey of modeling of the liquid spray formation and fuel distribution in gas turbine with high-shear nozzle/swirler assembly. The processes of concern include breakup of a liquid jet injected through a hole type orifice into air stream, spray-wall interaction and spray-film interaction, breakup of liquid sheet into ligaments and droplet,5, and secondary droplet breakup. Atomization of liquid through hole nozzle is described using a liquid blobs model and hybrid model of Kelvin-Helmholtz wave and Rayleigh-Taylor wave. The high-speed viscous liquid sheet atomization on the pre-filmer is modeled by a linear stability analysis. Spray-wall interaction model and liquid film model over the wall surface are also considered.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제43권7호
• /
• pp.593-600
• /
• 2015

본 논문은 하이브리드 로켓 성능향상을 위하여 가스발생기형과 후방 연소형 개념을 결합한 혼합형 하이브리드 로켓을 제안하고 있다. 특히 고체 추진제를 사용하는 기존의 가스발생기와 달리, 고체연료와 액체/기체 산화제를 적용한 혼합식 가스발생기를 제안하였으며 혼합식 가스발생기의 연료과농 연소특성을 확인하기 위하여 연료 길이, 산화제 유량, 연료 내경 그리고 연료 종류를 변화하며 연소가스 온도 변화를 측정하였다. 그러나 이들 인자 변화에 의한 온도변화가 매우 제한적이므로 또 다른 인자로 $O_2$와 $N_2$를 혼합한 혼합산화제를 사용하였다. 이때 가스발생기의 연소가스 온도의 요구조건은 1600 K이하로 설정하였으며 연소 시험에서 혼합식 가스발생기는 온도조건을 만족하는 연료과농 연소가스가 생성되었음을 확인하였다. 그러나 온도에 따른 검댕의 발생특성과 다른 이전 연구들에서 제시하는 가스발생기 연소가스 온도 요구조건이 1200 K이하임을 고려할 때, 최종적으로 이 조건을 만족하는 연료과농 연소가스를 생성할 계획이다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
• /
• pp.50-54
• /
• 2011

본 연구는 산화제 $N_2O$를 사용하는 하이브리드 로켓 내탄도 설계를 위해 Two-phase 모델을 이용해서 $N_2O$의 2상 유체를 해석하였으며 하이브리드 지상 연소시험을 수행하여 내탄도 해석 결과와 비교 분석하였다. Two-phase 모델은 $N_2O$와 같은 포화 압축성 유체를 적용한 Blow-down 산화제 방식에 적합한 유동 모델로서 Part 1에서 $N_2O$산화제의 배출을 잘 모사함을 확인하였다. 하이브리드 지상연소시험은 연료로 HDPE, 산화제로 $N_2O$를 적용하였으며 평균추력 30 kgf, 산화제 탱크 압력 50 bar로 설계한 연소기를 사용하였다. 내탄도 해석 결과는 지상 연소시험의 추력, 산화제 탱크 및 연소실 압력 결과와 유사함을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
• /
• pp.45-49
• /
• 2011

자발가압 특성이 있는 $N_2O$를 적용한 Blow-down 산화제 공급방식은 조절 시스템(Regulated system)에 비해 많은 장점을 가지고 있다. 그러나 탱크 내에 $N_2O$가 액체와 기체의 2상으로 공존하고, 유동이 배출되는 동안 탱크 안의 $N_2O$의 물성치가 계속적으로 달라지기 때문에 배출 유량을 예측하는데 어려움이 있다. 본 논문에서는 $N_2O$를 적용한 Blow-down 산화제 공급방식을 간단하게 해석 할 수 있는 방법을 연구했다. 포화상태 $N_2O$의 물성치는 NIST 데이터베이스를 이용했으며, 인젝터 모델로 nonhomogeneous nonequilibrium(NHNE) 모델을 적용하였다. 하이브리드 로켓 연소기를 이용해 cold flow test를 수행하였으며, 두 결과가 잘 일치함을 확인했다.