• 대한기계학회논문집B
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• 제37권3호
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• pp.275-283
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• 2013

차세대 로켓 엔진의 추진제중 하나로 부각되어지고 있는 메탄 엔진의 연소 특성을 파악하기 위하여 가스메탄과 액체산소를 추진제로 사용하는 로켓 엔진의 인젝터를 설계/제작 하였다. 동축 스월/전단형 인젝터를 채택하여 제작하였으며, 상용 해석 프로그램인 Fluent를 사용하여 유동해석을 수행한 결과를 바탕으로 인젝터의 주요 변수들을 선정하였다. 제작된 인젝터는 수류실험을 통하여 미립화와 분무특성을 파악하였고, 설계점에서의 연소실험을 수행하여 점화 및 연소 안정성을 확인하였다. 또한, 혼합비(O/F ratio)를 변화시켜가며 연소 실험을 수행하여 특성 속도($C^*$)와 연소실 압력 섭동 값을 이용하여 연소 특성 및 안정성을 평가하였다. 실험 결과 모든 혼합비 영역에서 평균적으로 90% 이상의 높은 연소 효율을 보였고, 압력 섭동 값이 2% 미만으로 연소안정성을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권8호
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• pp.733-741
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• 2013

본 논문은 대형 상용기관을 모사한 정적연소실에서 매립지 가스의 연소 특성에 대한 복수의 논문 중 첫 논문으로, 연소특성을 연소화학양론 및 열역학적 측면에서 분석하고 이를 실험 결과와 비교하였다. 연소화학양론 및 열역학적 분석에서 연료조성과 당량비에 따라 기연가스의 조성이 변화하고 이에따라 정적비열이 변화하여 동일 발열량에 최종압력은 변화하며, 이것은 실제 연소압력 측정결과와 대체로 일치한다. 연료조성과 당량비에 따른 상대적 압력변화 및 연소기간도 분석결과와 실험결과가 경향상 일치한다. 분석과 실험 결과 사이의 차이는 열전달량의 차이에 기인한 온도저하 및 이에 따른 정적비열의 변화가 주요 원인이며, 연소실 체적과 점화위치도 연소기간과 온도에 큰 영향을 준다. 최종적으로 정적연소에서 연료변환효율은 메탄 분율이 작을수록 그리고 당량비 0.8 ~ 0.9 사이에서 최대가 되며, 이러한 연료변환효율의 증가는 실물기관에서 비열비 감소의 효과를 상쇄하고 남으므로 순수 메탄보다 LFG의 연소가 효율 면에서 유리하다.

• 한국연소학회지
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• 제22권1호
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• pp.46-52
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• 2017

High-frequency combustion instabilities may occur during the development of feasible engine combustors. These instabilities can result in irreparable damages to the wall of combustors or the degradation of engine performance. So, it is essential to identify injectors that have high stability characteristics during the early stages of development. The objective of present study was to assess the stability of coaxial injectors and an impinging injector with different recess lengths in order to develop stable injectors optimally. Stability margin was evaluated based on the distance from operating condition to the unstable regions. A simulating combustion test method was used to analyze the stability of injectors. A small-scale combustion chamber was designed to simulate the first tangential acoustic mode of the actual combustor. Gaseous oxygen and a mixture of methane and propane were used as simulant propellants to satisfy their flow similarity to the actual propellants of a combustor in a liquid rocket combustor. The results indicated that injectors having small recess lengths showed relatively large combustion stability margins. For the injectors of large recess lengths, instability regions with large and super-large amplitude oscillations were observed. Thus, injector with shorter recess lengths had a higher stability than that of longer one due to the different mixing processes.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2000년도 제21회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
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• pp.24-32
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• 2000

A brief introduction is given on the conditional moment closure model for turbulent nonpremixed combustion. It is based on the transport equations derived through a rigorous mathematical procedure for the conditionally averaged quantities and appropriate modeling forms for conditional scalar dissipation rate, conditional mean velocity and reaction rate. Examples are given for prediction of NO and OH in bluffbody flames, soot distribution in jet flames and autoignition of a methane/ethane jet to predict the ignition delay with respect to initial temperature, pressure and fuel composition. Conditional averaging may also be a powerful modeling concept in other approaches involved in turbulent combustion problems in various different regimes.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회B
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• pp.2175-2180
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• 2008

Oxy-fuel combustion has been gaining its significance as a means of migrating the green house effects. Some experimental measurements were conducted to investigate the characteristics of oxy-fuel combustion and to aid a fundamental design of a lab-scale oxy-fuel combustor with a coaxial burner. CO emission was measured along the combustor centerline while combustion of methane and oxygen diluted by CO2 took place. Substitution of CO2 with N2 indicates a possibility that some CO is formed by dissociation of CO2. Some parametric tests were also performed to see the mixing effects of reactant gases on CO emission by changing the gas injection velocity at the burner nozzles with various heat loads. The overall results indicate that CO emission was reduced when the reactants are injected at higher velocities of similar magnitude.

• 한국추진공학회지
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• 제19권5호
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• pp.91-97
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• 2015

75톤급 액체로켓엔진용 가스발생기 후연소 시스템 설비를 제작하였으며, 연소기 연소시험설비 시험장에서의 설비인증 시험을 통해 그 성능을 확인하였다. 후연소 설비인증 시험은 메탄과 산소의 공급성능, 가스발생기와 후연소 설비에 설치된 가스토치의 안정적인 연소 능력을 검증하는데 있다. 단독성능 시험에서 공급시스템은 감압 없이 일정한 압력으로 메탄과 산소를 공급했으며, 가스 토치 압력은 설계조건을 만족하였다. 가스발생기 점화용 가스토치와의 연계시험에서 가스발생기 점화 성능과 연료과농 배기가스의 후연소 성능에 관한 인증 시험을 성공적으로 수행하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제24권2호
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• pp.113-120
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• 2013

A steam reformer is a chemical reactor to produce high purity hydrogen from fossil fuel. In the steam reformer, since endothermic steam reforming is heated by exothermic combustion of fossil fuel, the heat transfer between two reaction zones dominates conversion of fossil fuel to hydrogen. Steam Reforming is complex chemical reaction, mass and heat transfer due to the exothermic methane/air combustion reaction and the endothermic steam reforming reaction. Typically, a steam reformer employs burner to supply appropriate heat for endothermic steam reforming reaction which reduces system efficiency. In this study, the heat of steam reforming reaction is provided by anode-off gas combustion of stationary fuel cell. This paper presents a optimization of heat transfer effect and average temperature of cross-section using two-dimensional models of a coaxial cylindrical reactor, and analysis three-dimensional models of a coaxial cylindrical steam reformer with chemical reaction. Numerical analysis needs to dominant chemical reaction that are assumed as a Steam Reforming (SR) reaction, a Water-Gas Shift (WGS) reaction, and a Direct Steam Reforming(DSR) reaction. The major parameters of analysis are temperature, fuel conversion and heat flux in the coaxial reactor.

• 한국추진공학회지
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• 제21권3호
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• pp.41-48
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• 2017

전단 동축형 인젝터를 통해 분사된 친환경 이원추진제 기체메탄-기체산소의 연소특성을 규명하기 위한 연구를 수행하였다. DSLR카메라를 이용하여 다양한 연소조건에서 화염을 촬영하였고, 이미지 후처리 기법을 통해 화염형상을 정량화한 후 그 특성을 분석하였다. 안정화 관점에서 확산화염은 anchored flame regime과 blow-off regime으로 구분될 수 있었으며, 산화제 레이놀즈 수($Re_o$)가 증가함에 따라 부착화염의 형성, 화염의 길이가 증가하는 경향을 나타냈다. 본 실험에 이용된 전단 동축형 인젝터는 추진제 제트의 운동량 확산에만 종속하고 그리 양호하지 않은 혼합으로 인해 분사방향으로 길이가 긴 화염을 형성하게 되므로 보다 큰 연소실 길이직경비가 요구됨을 확인할 수 있었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.593-600
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• 2019

The combustion characteristics of methane/hydrogen pre-mixed flame have been investigated with swirl stabilized flame in a laboratory-scale pre-mixed combustor with constant heat load of 5.81 kW. Hydrogen/methane fuel and air were mixed in a pre-mixer and introduced to the combustor through a burner nozzle with different degrees of swirl angle. The effects of hydrogen addition and swirl intensity on the combustion characteristics of pre-mixed methane flames were examined using particle image velocimetry (PIV), micro-thermocouples, various optical interference filters and gas analyzers to provide information about flow velocity, temperature distributions, and species concentrations of the reaction field. The results show that higher swirl intensity creates more recirculation flow, which reduces the temperature of the reaction zone and, consequently, reduces the thermal NO production. The distributions of flame radicals (OH, CH, C₂) are dependent more on the swirl intensity than the percentage of hydrogen added to methane fuel. The NO concentration at the upper part of the reaction zone is increased with an increase in hydrogen content in the fuel mixture because higher combustibility of hydrogen assists to promote faster chemical reaction, enabling more expansion of the gases at the upper part of the reaction zone, which reduces the recirculation flow. The CO concentration in the reaction zone is reduced with an increase in hydrogen content because the amount of C content is relatively decreased.

• 한국추진공학회지
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• 제25권3호
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• pp.101-112
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• 2021

SpaceX는 Falcon 9과 Falcon Heavy의 재사용을 통해 다양한 탑재중량 포트폴리오를 구성하고, 한 종류의 엔진을 사용하여 발사체를 구성하며, 케로신 엔진에서 메탄 엔진으로의 전환, 3D 프린팅 사용 등 다양한 전략을 보여주고 있다. 본 연구에서는 아리랑 위성에서 천리안 위성까지 다양한 탑재중량 및 궤도를 감당할 수 있는 발사체 안을 구성하였으며, 케로신 가스발생기 사이클 엔진, 케로신다단연소 사이클 엔진, 메탄 다단연소 사이클 엔진을 사용한 10가지 발사체 안에 대해서 검토하였다. 10가지 안 중 35톤급 메탄 엔진을 사용한 재사용 발사체가 개발 가능성 측면에서 좋은 안으로 평가되었다.