• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2005년도 추계 학술대회논문집
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• pp.311-317
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• 2005

It has been the most progressive interruption technique to use the ablation gas from the surface of PTFE nozzle driven by arc plasma during switching process in $SF_6$ gas circuit breakers. This advanced interruption technique can reduce the required mechanical energy to compress and blow the gas for extinguishing the arc plasma between the electrodes due to using the ablation effect instead. In order to consider the phenomena during calculation of switching process, it is required to confirm the principles of ablation from PTFE nozzle as well as of arc plasma during switching process. In this study, we have calculated the switching process considered the ablation of PTFE nozzle driven by arc plasma using multidisciplinary simulation technique and compared the results with the data without the ablation effect. More $50\%$ difference of pressure rise inside expansion chamber has been found from the results and it should be indispensable for this type of computational work to consider and include the ablation effect of PTFE nozzle. Further study on turbulence and radiation will be followed.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 제26회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
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• pp.51-55
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• 2003

In this research, authors tried to measure the shape of the nozzle throat of KL-3 engines, which is the main engine of KSR-III rocket, to find the increase of nozzle area caused by the thermal ablation. For the purpose, we invented an image-based method instead of the 3D pointer, which is actually inaccessible to such large scale engines. As a result, our equipment showed satisfactory accuracy and performance. Analysing the results of experiments, we find that the pattern of ablation is determined by the spray pattern and that the process of thermal ablation phenomena can be categorized in three regimes - the first regime that the shape of nozzle throat is maintained and ablation is negligible, the second regime that saw-tooth form is developed and ablation is accelerated, and the third regime that the saw-tooth form is already established and the growth of ablation rate is reduced. Also, we find that the ratio of area increase after 60 seconds combustion is +5.82% and conclude that this figure is acceptable and satisfactory.

• 한국추진공학회지
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• 제3권2호
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• pp.37-47
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• 1999

본 논문은 노즐내열재의 삭마로 인해 야기된 형상변화를 고려하면서 로켓노즐 내열재의 삭마량 및 온도분포를 해석하는 열반응해석에 대해 기술하였다. 열반응 해석에서 표면 삭마는 Zvyagin의 모델을, 내부 열분해는 Yaroslavtseva의 모델을 사용하였다. 노즐내열재의 형상변화로 인한 경계면 이동을 고려하기 위하여 변형가능한 유한요소 격자를 사용하였다. 본 수치해석기법의 타당성을 입증하기 위해 로켓 노즐내열재에 대해 열해석을 수행하였으며, 그 결과 수치해는 실험결과와 잘 일치함을 보였다. 노즐내열재에서의 시간에 따른 온도변화 및 삭마량을 계산하고 고찰하였으며 또한 탄소/탄소 내열재 및 탄소/페놀릭 내열재의 열반응상수가 노즐내열재의 삭마량에 미치는 영향에 대해서 검토하였다.

• 대한전기학회논문지:전기물성ㆍ응용부문C
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• 제52권9호
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• pp.395-399
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• 2003

In this paper, physical phenomena which are related to the high temperature and high pressure arc plasma generated during the fault current interruption by SF6 gas circuit breakers are reviewed. In particular, in order to analyze nozzle ablation induced by the heats transferred to the surface of the poly-tetrafluoroethylene(PTFE) nozzle through arc radiation, a governing equation for the calculation of PTFE concentration is added to the governing equations for SF6 arc Plasma analysis. The proposed method is applied to the steady state analysis of $SF_6$ arc plasma generated by direct current taking account of the nozzle ablation and the results are presented.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 춘계학술대회논문집E
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• pp.282-287
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• 2001

The CSCM Upwind method and Material Transport Analysis (MTA) have been used to predict the thermal response and ablation rate for non-charring material to be used as thermal protection material (TPM) in KSR-III test rocket nozzle. The thermal boundary conditions such as cold wall heat-transfer rate and recovery enthalpy for MTA code are obtained from the upwind Navier-Stokes solution procedure. The heat transfer rate and temperature variations at rocket nozzle wall were studied with shape change of the nozzle surface as time goes by. The surface recession was severely occurred at nozzle throat and this affected nozzle performance such as thrust coefficient substantially.

• 대한전기학회논문지:전기물성ㆍ응용부문C
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• 제54권2호
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• pp.76-82
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• 2005

In this paper, a method for analyzing the thermal recovery characteristics of the nozzle of gas circuit breaker was described. In order to obtain thermal recovery characteristics, the transient simulation of SF6 arc plasma within the nozzle was carried out. In particular, the nozzle ablation was taken into account by simultaneously solving the PTFE concentration equation with the governing equations such as continuity, momentum and energy equation. After that, post arc current calculation was performed with the rate of rise of recovery voltage changed. From the calculated post arc current, it was possible to suggest the thermal recovery characteristics of the nozzle of gas circuit breaker.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.565-569
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• 2011

고체추진기관의 연소 환경에서 노즐 조립체의 온도, 삭마두께를 고려한 2차원 축대칭 열구조 해석을 하였다. 복합재료의 내부 열반응은 Arrhenius 모델을 이용하였으며, 표면 삭마반응은 Zvyagin 이론을 사용하였다. 표면 삭마에 의한 경계조건 및 격자 이동은 상용해석 코드에서 활용되는 Rezoning-remeshing 기법을 사용하였다. 형상이 복잡한 부품으로 이루어진 2차원 축대칭 노즐 조립체에 적용된 방법은 향후 3차원 FEM 열구조 해석에 활용을 목표로 발전될 것이다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제24회 춘계학술대회논문집
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• pp.119-122
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• 2005

고온과 고속의 열악한 환경 속에서 발생하는 비행체의 삭마현상은 일반적으로 상변화를 수반하는 유체의 유동, 에너지 전달, 질량전달, 화학반응이 수반되기 때문에 해석과정이 복잡하다. 본 연구에서는 액체로켓엔진의 흑연노즐에 대하여 1차원적으로 삭마현상을 수치해석하고, 실험을 통하여 이를 비교 검토하였다. 낮은 연소압력과 산화제/연료비에서는 삭마가 거의 이루어지지 않았으며, 연소압력과 혼합비가 낮은 경우에는 해석결과의 신뢰도는 낮고 정상작동 구간에서의 해석결과와 실험결과가 차이가 많은 것으로 보아 화학적 삭마 외에 기계적 삭마도 상당하다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.311-314
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• 2009

고체추진기관의 연소 환경에서 복잡한 형상을 갖는 내열 복합재료의 온도 및 밀도분포를 예측할 수 있는 방법을 개발하였다. 복합재료의 내부 열반응은 Arrhenius 모델을 이용하였으며, 표면 삭마반응은 Zvyagin 이론을 사용하였다. 표면 삭마에 의한 경계조건 및 격자 이동은 Rezoning 기법을 사용하였으며 열분해에 의한 흡열반응 효과는 열분해 가스의 조성비에 기준한 유효 비열 값을 이용하여 계산되었다. 형상이 복잡한 부품으로 이루어진 2차원 축대칭 노즐 조립체에 적용된 방법은 향후 3차원 FEM 열구조 해석에 활용을 목표로 발전될 것이다.

• 한국추진공학회지
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• 제21권4호
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• pp.12-20
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• 2017

고체 로켓 추진기관의 노즐목 삽입재에 적용하는 흑연의 삭마율 특성을 분석하였다. 지상연소시험은 3 종류의 일반적인 노즐형태를 갖는 추진기관을 사용하여 수행하였다. 즉, De-Laval 형태, 토출관 형태, 내삽 형태이다. 10 종류의 서로 다른 형상의 추진기관에 다양한 추진제를 적용하였고, 노즐목 위치에 흑연을 적용하여 총 48회의 연소시험을 수행하였다. 분석결과 흑연의 삭마율은 연소실 평균압력이 상승함에 따라, 산화제 몰분율이 증가함에 따라 증가함을 알 수 있었다. 또한, 연소실 압력, 산화제 몰분율, 노즐목 크기 등 3 가지의 영향인자를 고려한 노즐목 삭마율 관계식을 유도하였으며, 측정치와 비교한 결과 ${\pm}0.10mm/s$ 이내로 일치하였다.