• 제목/요약/키워드: Metal particle combustion

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단일 마그네슘 입자 연소 지배인자의 민감도 해석 (Parametric Studies on the Sensitivity of Single Isolated Aluminum Particle Combustion Modeling)

  • 이상협;고태호;윤웅섭;양희성
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2011년도 제36회 춘계학술대회논문집
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    • pp.341-350
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    • 2011
  • 마이크로 크기의 단일 마그네슘 입자의 연소 해석을 위해 간단하면서도 점화와 연소과정 전체를 모사한 모델을 사용하여 각각의 주요 파라메터별 영향을 도출하는 연구를 수행하였다. 계산에 사용된 모델은 액적 연소의 경우와 유사하게 보존 및 이송 방정식들을 사용하여 모사되었으며 입자의 온도가 1200 K에 도달하면 점화단계를 종료하고 준정상연소 단계로 전환되었다. 선행 연구를 참고하여 주요 파라메터를 선정하였으며 주요 파라메터로는 초기 입자크기, 대류 열전달의 유무, 외기 온도, 압력 등이 선정되었고, 간단한 열역학적 모델임에도 불구하고 정량적으로 실험 데이터와 유사하게 각각의 파라메터의 영향을 평가할 수 있음을 확인하였다.

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화염 스프레이 공정에서 미세 금속 입자의 거동 및 유동 특성에 대한 수치해석 연구 (Numerical Study of Metal Particle Behaviors and Flow Characteristics in Flame Spray Process)

  • 신동환;이재빈;이성혁
    • 한국분무공학회지
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    • 제16권1호
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    • pp.37-43
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    • 2011
  • The present study conducted computational simulation for multiphase flow in the flame spray coating process with commercially available Ni-Cr powders. The flows in a flame spray gun is characterized by very complex phenomena including combustion, turbulent flows, and convective and radiative heat transfer. In this study, we used a commercial computational fluid dynamics (CFD) code of Fluent (ver. 6.3.26) to predict gas dynamics involving combustion, gas and particle temperature distributions, and multi-dimensional particle trajectories with the use of the discrete phase model (DPM). We also examined the effect of particle size on the flame spray process. It was found that particle velocity and gas temperature decreased rapidly in the radial direction, and they were substantially affected by the particle size.

알루미늄 입자 연소 지배인자의 민감도 해석 (Parametric Studies on the Sensitivity of Single Isolated Aluminum Particle Combustion Modeling)

  • 이상협;고태호;양희성;윤웅섭
    • 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.

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백금 담지 촉매상에서 에탄올의 저온연소 (Low-Temperature Combustion of Ethanol over Supported Platinum Catalysts)

  • 김문현
    • 한국환경과학회지
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    • 제26권1호
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    • pp.67-78
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    • 2017
  • Combustion of ethanol (EtOH) at low temperatures has been studied using titania- and silica-supported platinum nanocrystallites with different sizes in a wide range of 1~25 nm, to see if EtOH can be used as a clean, alternative fuel, i.e., one that does not emit sulfur oxides, fine particulates and nitrogen oxides, and if the combustion flue gas can be used for directly heating the interior of greenhouses. The results of $H_2-N_2O$ titration on the supported Pt catalysts with no calcination indicate a metal dispersion of $0.97{\pm}0.1$, corresponding to ca. 1.2 nm, while the calcination of 0.65% $Pt/SiO_2$ at 600 and $900^{\circ}C$ gives the respective sizes of 13.7 and 24.6 nm when using X-ray diffraction technique, as expected. A comparison of EtOH combustion using $Pt/TiO_2$ and $Pt/SiO_2$ catalysts with the same metal content, dispersion and nanoparticle size discloses that the former is better at all temperatures up to $200^{\circ}C$, suggesting that some acid sites can play a role for the combustion. There is a noticeable difference in the combustion characteristics of EtOH at $80{\sim}200^{\circ}C$ between samples of 0.65% $Pt/SiO_2$ consisting of different metal particle sizes; the catalyst with larger platinum nanoparticles shows higher intrinsic activity. Besides the formation of $CO_2$, low-temperature combustion of EtOH can lead to many other pathways that generate undesired byproducts, such as formaldehyde, acetaldehyde, acetic acid, diethyl ether, and ethylene, depending strongly on the catalyst and reaction conditions. A 0.65% $Pt/SiO_2$ catalyst with a Pt crystallite size of 24.6 nm shows stable performances in EtOH combustion at $120^{\circ}C$ even for 12 h, regardless of the space velocity allowed.

단일 알루미늄 연료 입자의 점화 및 연소 모델링 (Modeling of the Ignition and Combustion of Single Aluminum Particle)

  • 양희성;임지환;김경무;이지형;윤웅섭
    • 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.

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적외선 열화상법 및 FE-SEM을 활용한 마그네슘 연소특성에 관한 실험적 연구 (Experimental Study on the Combustion Characteristics of Magnesium using Infrared Thermography and FE-SEM)

  • 이준식;남기훈
    • 한국산업융합학회 논문집
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    • 제23권6_2호
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    • pp.927-934
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    • 2020
  • Magnesium powder has been widely used in various industries because it is light weight and extremely high mechanical strength including aeronautics and chemicals. However, magnesium, as a combustible metal, poses serious safety issues such as fires and explosions if it is not managed properly. Especially, magnesium's max adiabatic flame temperature is 3,340℃ and it is impossible to extinguish it by using water, CO2 and Halonagents. The aim of this study is to identify the combustion characteristics of magnesium powder. We carried out a combustion experiment, using 1 kg of magnesium (purity > 99 %, particle < 150 ㎛). The features of the magnesium burning process were scrutinized using infrared thermal image analysis. Also, a field-emission scanning electron microscope (FE-SEM) were used employed to analyze particulate composites and properties. It concludes the significant tendency of magnesium fire and light, combustion carbide's particle characteristics. This study contributes to make better prevention and response manners to magnesium fires, as well as fire investigation measures.

입자 부상 제트에서 오리피스 길이가 입자 분포에 미치는 영향에 대한 연구 (Effect of Orifice Length on Particle Distribution in Particle-laden Jet)

  • 윤정수;백경엽;길태옥;윤영빈
    • 한국추진공학회지
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    • 제16권6호
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    • pp.9-15
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    • 2012
  • 추력변화를 초공동 수중운동체의 추진체로 사용되는 수반응성 금속입자와 해수는 연소챔버 내에서 균질하게 혼합될 때 비추력이 극대화 된다. 본 연구의 목적은 상사성의 관점에서 분사기 형상이 입자 분포에 미치는 영향을 알아보는 것이다. 이를 위해 PIV기법을 이용하여 반경방향의 입자 분포와 입자 평균속도의 상사성에 대하여 알아보았다.

단일 알루미늄 입자 연소 모델에 따른 2상 알루미늄 분말 연소장 시뮬레이션 (Numerical Analysis of Two-Phase Aluminum Dust Combustion according to Single Aluminum Particle Combustion Model)

  • 김상민;양희성;윤웅섭
    • 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.

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폐기물 소각시 생성되는 유해 중금속물질과 연소실내 비산재와의 응축, 응집 현상에 대한 연구 (Condensation and coagulation of metallic species with fly ash particles in a waste incinerator)

  • 유주현;황정호
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제21권2호
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    • pp.264-274
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    • 1997
  • A numerical analysis on condensation and coagulation of the metallic species with fly ash particles pre-existing in an incinerator was performed. Waste was simplified as a mixture of methane, chlorine, and small amounts of Pb and Sn. Vapor-phase amounts of Pb- and Sn -compounds were first calculated assuming a thermodynamic equilibrium state. Then theories on vapor-to-particle conversion, vapor condensation onto the fly ash particles, and particle-particle interaction were examined and incorporated into equations of aerosol dynamics and vapor continuity. It was assumed that the particles followed a log-normal size distribution and thus a moment model was developed in order to predict the particle concentration and the particle size distribution simultaneously. Distributions of metallic vapor concentration (or vapor pressure) were also obtained. Temperature drop rate of combustion gas, fly ash concentration and its size were selected as parameters influencing the discharged amount of metallic species. In general, the coagulation between the newly formed metal particles and the fly ash particles was much greater than that between the metal particles themselves or between the fly ash particles themselves. It was also found that the amount of metallic species discharged into the atmosphere was increased due to coagulation. While most of PbO vapors produced from the combustion were eliminated due to combined effect of condensation and coagulation, the highly volatile species, PbCl$_{2}$ and SnCl$_{4}$ vapors tended to discharge into the atmosphere without experiencing either the condensation or the coagulation. For Sn vapors the tendency was between that of PbO vapors and that of PbCl$_{2}$ or SnCl$_{4}$. To restrain the discharged amount of hazardous metallic species, the coagulation should be restrained, the number concentration and the size of pre-existing fly ash particles should be increased, and the temperature drop rate of combustion gas should be kept low.

나노 알루미늄-물 혼합물의 수반응 연소 모델링 (Combustion modeling of nano aluminum particle and water mixture)

  • 윤시경;성홍계
    • 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.

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