• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2010.11a
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• pp.764-767
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• 2010

The high enthalpy plasma research center in Chonbuk national university is under construction for MW class plasma wind tunnel. Four types of plasma equipment will be installed in the research center. The equipments are 1set of 0.4 MW class enhanced Huels type plasma equipment, 1 set of 2.4 MW class enhanced Huels type plasma equipment, 1 set of 60 kW RF plasma equipment and 1 set of 200 kW RF plasma equipment. And electrical, water and gas utilities to assistant plasma equipments are under construction. The research center consists of experiment building, research building, power supply building, air supply building, cooling tower foundation.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.15 no.4
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• pp.85-93
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• 2011

A parametric study is conducted for the design of segmented arc plasma torch with the input power and current of 0.4 MW and 300 A, respectively. For this purpose, we use the analytical relationship between input power, current condition, plasma temperature, inner diameter (R) and length (L) of the torch constrictor based on arc channel model. The results reveal that arc plasma temperatures increase monotonically as ��L increases or R decreases for the ranges of R ${\leq}$ 7.5 mm and L ${\leq}$ 1.25 m. For larger valuse of ��R and L than 7.5 mm and 1.25 m, respectively, however, they show non-linear behavior corresponding to the variations of ��L, which stands for the generation of unstable arc plasma. From this parametric study, optimum ranges of R and L are suggested as 5.5 mm ${\leq}$ R ${\leq}$ 7.5 mm and 0.25 m ${\leq}$ L ${\leq}$ 0.5 m for 0.4 MW class segmented arc plasma torch, under which stable arc plasma can be achieved at the input currents of ~300 A.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2010.11a
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• pp.768-774
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• 2010

A parametric study is conducted for the segmented arc plasma torch with the input power and current of 0.4 MW and 300 A, respectively. For this purpose, we use the analytical relationship equations between plasma temperature, inner diameter (R) and length (L) of the torch constrictor at the given input power and current conditions based on the arc channel model. The results reveal that arc plasma temperatures show non-linear behavior or absence corresponding to the variations of L and R when their values become larger than 1.25 m and 7.5 mm, respectively. For L < 1.25 m and R < 7.5 mm, however, they can increase monotonically as L increase or R decrease when one of both parameters is fixed. From these parametric study results, optimum ranges of R and L are suggested as $5.5mm{\leq}R{\leq}7.0mm$ and $0.5m{\leq}L{\leq}1.0m$ for 0.4 MW class segmented arc plasma torch, under which stable arc plasma with the temperatures of ~15,000 K can be achived at the input currents of ~300 A.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.40 no.4
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• pp.316-329
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• 2012

In this paper, optimum design process of ICP (Inductively Coupled Plasma) torch, which has been used widely in aerospace application, such as supersonic plasma wind tunnel, is presented. For this purpose, the behaviors of equivalent circuit parameters (equivalent resistance and inductance, coupling efficiency) were investigated according to the variations of torch design parameters (frequency, $f$, confinement tube radius, $R$ and coil turn numbers, $N$) in the basis of analytical and numerical MHD (Magneto Hydro-Dynamics) models combined with electrical circuit theory. From the results, it is found that equivalent resistance is increased with the increase of $f$ values but vice versa for equivalent inductance. For elevated values of $R$ and $N$, however, both parameters tend to increase. Based on these observations, ICP torch with a power level of 10 kW can be optimized at the design ranges of $f$=4~6 MHz, $R$=17~25 mm and $N$=3~4 to maximize the electrical coupling efficiency, which is the ratio of equivalent resistance to equivalent inductance.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.222.1-222.1
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• 2016

전북대학교 고온플라즈마응용센터에 구축된 0.4 MW 급 분절형 아크 가열 풍동은 초음속 비행과 우주 비행체의 지구 재진입 조건에서의 유사한 환경 모사가 가능하다. 극한상황에서의 고엔탈피 플라즈마 유동은 내열재료의 삭마 거동 연구와 고온재료의 성능평가에 중요한 역할을 수행 할 수 있다. 이러한 고엔탈피 초음속 플라즈마 유동장의 플라즈마 특성 평가 및 진단은 플라즈마와 내열재료의 상호작용 연구에 중요한 변수를 갖는다. 이를 위해 열유속 탐침, 쐐기 탐침, 고속 카메라 및 광분광기 등의 측정장비를 사용하여 열유속, 초음속 플라즈마의 속도, 플라즈마의 방전특성을 관찰하였다. 본 실험에서 사용된 분절형 아크 토치는 마하 3의 속도 유지하기 위해 토치 내부 압력 4 bar, 반응기 압력 40 mbar를 유지하였다. 토치에 공급되는 Ar(5%)+Air(95%)의 방전기체의 유량은 15 g/s 로 토치에 주입 되었다. 또한, 플라즈마 토치에 가해지는 입력전류는 200A ~ 350A로 10MJ/kg 이상의 엔탈피를 갖는 초음속 플라즈마 유동을 형성하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.539-539
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• 2012

전북대학교 고온플라즈마 응용연구센터는 교육과학기술부 기초연구사업 중 고가연구장비 구축사업의 일환으로, 고 엔탈피, 초음속 유동 환경을 모사하여, 항공우주, 군사기기, 핵융합 분야 등의 고온 재료 개발을 위한 기초 연구 장치로써, 0.4MW급 플라즈마 풍동 장치를 구축하고 있다. 0.4MW 플라즈마 풍동 장치의 플라즈마 발생부는 DC 전원 공급장치와 디스크 형태의 양극과 음극 사이에 동일 형태의 간극을 삽입한 0.4MW급 분절형 아크 플라즈마 토치로 구성되었으며, 토치에서 발생된 아크 플라즈마는 노즐을 통과하며 마하 2~4의 초음속을 나타내도록 설계 제작되었다. 시험 챔버는 노즐에서 나온 초음속 플라즈마의 특성 및 재료 시험을 위한 3차원 이송식 기판이 장착되어 있으며, 고 엔탈피 유동을 관측하기 위한 광학창을 구비하였다. 시험 챔버 하류에는 유동 안정을 위한 디퓨저(diffuser)가 설치되어 있으며, 디퓨저(diffuser)로부터 배출되는 고온가스는 열교환기를 통해 냉각된 후 진공펌프를 통해 대기로 배출되게 된다. 장치의 압력조절을 위하여 $1,000m^3/min$의 용량의 진공펌프 시스템이 설치될 예정이며 가스공급장치, 냉각수 공급장치, 디퓨져, 열교환기는 1MW급 용량으로 설계 제작되었다. 본 장치는 400kW의 전원 공급, 15 g/s의 공기유량 주입 시 약 13 MJ/kg의 고엔탈피를 가진, mach 2~4의 초음속 유동을 나타내는 것을 특징으로 한다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2011.04a
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• pp.363-366
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• 2011

Mixing and combustion experiments with a vent slot mixer were performed in Mach 2 supersonic wind tunnel. Helium and hydrogen gases each were used for the mixing and the combustion experiment with a plasma jet (PJ) torch. The vent slot mixer holds plenty of fuel in the downstream mixing region, even though the fuel is transversely injected. In case of the combustion, the injected fuel is ignited by the PJ torch, and then unburned mixture is burned by shock-induced combustion downstream. Thermal choking in the combustor leads to shock trains in the isolator, causing the unstable combustion.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2010.11a
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• pp.537-540
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• 2010

An Enhanced Huels Type Plasma Torch that generates over $5000^{\circ}C$ plasma arc flow is the core equipment of arc-jet wind tunnel. It is applied to the high-tech areas such as a new materials development and eco-friendly industry. Although the Enhanced Huels Type Plasma Torch produce uniform flow of high purity, its complicated structure and operating condition makes the commercialization of it to be difficult. The 400kW arc-jet generator using the enhanced Huels type plasma torch was tested. The result of this study showed that the torch was operated in the range of 280~320 A and 250~1350 V.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.194-195
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• 2013

초음속 공기 플라즈마 환경을 모사할 수 있는 0.4 MW급 Enhanced Huels형 초음속 공기 플라즈마 발생 장비가 2012년에 전북대학교에 설치 완료되었다. 초음속 공기 플라즈마 시험장비는 대기권으로 reentry 할 수 있는 비행체의 열차폐체 시험평가를 주목적으로 개발되었으며, 핵융합장치용 고온 내열체 소재개발에도 활용될 예정이다. 분절형 아크 플라즈마 토치는 전극부식에 의한 오염도를 적으면서 고출력의 안정적인 플라즈마를 발생시키며, 일반적인 직류 토치로는 얻을 수 없는 초고엔탈피 플라즈마 열유동을 얻을 수 있는 특징이 있다. 구축된 장비는 최대 직류 출력 1,200 kW의 DC 전원공급장치, 0.4 MW급의 분절형 아크 플라즈마 토치, ${\phi}1.5m{\times}2m$ 크기의 진공쳄버, 1 MW의 냉각 능력을 갖춘 디퓨저와 열교환기, 진공 용량 $100m^3$/min의 진공펌프 9대, 88 g/s의 공기유량에서 NOx를 50,000 ppm에서 100 ppm으로 저감할 수 있는 후처리 시스템, 4 bar 15 g/s의 공기를 공급할 수 있는 가스 공급장치, 30 bar 600 lpm의 저전도수와 4 bar 560 lpm의 일반수를 공급할 수 있는 냉각수 공급장치로 구성되어 있다. 초음속 공기 플라즈마의 발생 특성을 시험하기 위해 플라즈마 발생 조건으로 토치공급전력 350 kW와 410 kW, 토치 공기 공급 유량 16.3 g/s, 토치 내부압력 3.9~4.2 bar, 챔버압력 40 mbar으로 시험을 수행하였다. 발생된 플라즈마 상태를 진단하기 위해 속도는 쇄기 탐침기, 열유속은 Gardon 게이지, 엔탈피와 토치 효율은 토치의 공급전력과 냉각수에 의한 손실 전력으로 각각 측정하였다.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.17 no.6
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• pp.75-80
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• 2013

In this study, a forced ignition method with a plasma jet torch is studied in Mach 2 laboratory scaled wind-tunnel. The hyper-mixer is used as a mixer. For two normal injection cases, the one is collided against a wedge plate of the hyper-mixer and the other is directly injected into the cold main flow. For the first case, the hyper-mixer disperses the injected fuel, leading to the mixing enhancement. Furthermore, the fuel-air mixture is provided into the plasma hot gas, which enhances the combustion performance. However, the direct injection into the main flow method spends amount of fuel without ignition in the cold supersonic flow. In the end, for the forced combustion, it is important to supply the fuel-air mixture into the heat source.