• 한국항공우주학회지
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• 제41권9호
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• pp.700-707
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• 2013

0.4 MW 급 분절형 아크 히터를 장착한 전북대학교 플라즈마 풍동의 초음속 유동 특성 실험을 수행하고 그 결과를 분석하였다. 실험에 사용된 분절형 아크 히터와 초음속 노즐은 16.3 g/s 의 질량유량에 대해 전극 당 150 A, 전체 300 A의 입력전류 조건으로 운전되었으며, 운전 결과 350 kW의 입력전력과 약 51.4 %의 열효율이 계측되었다. 이 때, 아크 히터 내 고엔탈피 플라즈마의 내부압력은 약 4 bar 로 측정되었으며, 이를 초음속 노즐을 통해 압력 45 mbar로 유지되는 진공쳄버 내로 팽창시킴으로써, 전체 엔탈피 11 MJ/kg을 가진 초음속 플라즈마 유동을 얻을 수 있었다. 전체 엔탈피 측정과 함께, 생성된 초음속 플라즈마 유동에 대해 원뿔각 $30^{\circ}$를 가진 원뿔 탐침을 삽입하여 경사 충격파와 이루는 각을 측정하였으며, 이 측정값들로부터, 발생된 초음속 플라즈마의 온도와 마하 수는 각각 약 2,950 K 및 약 3.7에 이를 것으로 예상되었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.369-372
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• 2009

본 연구에서는 플라즈마에 의한 초음속 유동장의 변화를 수치해석을 이용하여 분석하였다. 플라즈마의 방향을 유동에 평행한 방향과 가로지르는 방향 두 가지 경우에 대한 해석을 통하여 플라즈마가 초음속 유동장의 방향과 유동의 속도 변화에 주는 영향을 알아보았다. 해석 결과 전기장의 크기와 공간별 차이에 따라서 유동장의 방향 및 속도 변화가 다르게 나타났다. 전기장의 방향에 따라 전자가 유동장과 같은 방향으로 가속되는 경우 유동의 속도가 증가하였으며, 반대인 경우에는 유동의 속도가 감속 된다는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국추진공학회지
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• 제23권1호
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• pp.61-70
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• 2019

0.4 MW 급 고 엔탈피 초음속 아크 가열 플라즈마 풍동에서 발생된 팽창 유동에 대한 기초연구를 실험적으로 완료하였다. 노즐 출구로부터의 마하 디스크의 직경과 위치는 전체 압력비가 200에서 30까지 측정되었다. 마하 디스크 직경과 위치에 대한 경험적인 상관관계는 실험결과와 매우 일치하는 결과를 얻었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제36회 춘계학술대회논문집
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• pp.363-366
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• 2011

마하 2의 초음속 풍동 장치에서 벤트 혼합기를 사용하여 혼합 연소실험을 수행하였다. 혼합실험에서는 헬륨을 사용하였고, 연소실험에서는 수소와 플라즈마 토치를 사용하여 연소 특성을 연구하였다. 혼합실험에서는 벤트 혼합기에 의해 수직분사임에도 불구하고 후류 혼합층에 많은 연료가 잔존하였다. 연소 실험의 경우 낮은 온도의 초음속 유동에서 플라즈마 토치를 사용한 점화와 연소되지 않은 연료-공기 혼합물의 충격파 유도 연소가 후류 영역에서 발생하였다. 열질식이 일어난 경우, shock train이 발생하며 이는 연소기내 연소 불안정성을 유도한다.

• 한국추진공학회지
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• 제21권6호
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• pp.57-63
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• 2017

본 연구에서는 플라즈마 분사장치를 활용하여 항력감소를 위한 기초 실험을 수행하였다. 가시화 장비와 항력 측정 장비를 이용하여 기초 실험 장치를 구성하였다. 자유유동 환경에서 분사되는 플라즈마 역분사 제트를 가시화하기 위한 방법으로 쉴리렌 기법을 활용하였다. 가시화 실험 결과를 통해 플라즈마 제트의 침투와 유동구조 변화를 관찰하였다. 항력감소 가능성을 측정하기 위한 방법으로 로드셀을 이용한 측정을 수행하였다. 그 결과 초음속 자유유동 조건에서 역으로 분사되는 플라즈마를 통해 항력이 6.2% 감소함을 보였다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제14권1호
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• pp.70-77
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• 2009

In this study, time-dependent numerical analysis was carried out to investigate the plasma jet impingement on a flat plate, and a compressible form of two-dimensional inviscid gas dynamics equations were solved using the flux corrected transport algorithm. The mathematical modeling of Joule heating in the polycarbonate capillary bore and the mass ablation from the bore wall was incorporated in the numerical analysis and the series of computation was performed for three cases depending on the distance of the opposing plate from the capillary exit. The computational results reveal that the presence of the opposing plate does not affect the flow conditions inside the capillary when compared to the case of open-air plasma discharge. In the exterior region, the flow structure shows the typical supersonic underexpanded jet which consists of the strong Mach disk in front of the opposing plate and the barrel shock at the side of the jet. It is found that the shock evolution becomes more quasi-steady when the plate distance decreases. Also, the effects of the distance between the capillary bore exit and the opposing plate on the flow conditions along the opposing plate are investigated and the pressure variation on the plate shows more complicated interaction between the plasma discharge and the opposing plate when the location of plate becomes closer to the capillary exit.

• 한국전산유체공학회지
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• 제19권4호
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• pp.68-74
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• 2014

This computational study features the transient compressible and inviscid flow analysis on a metallic plasma discharge from the opposing composite electrodes which is subjected to pulsed electric power. The computations have been performed using the flux corrected transport algorithm on the axisymmetric two-dimensional domain of electrode gap and outer space along with the calculation of plasma compositions and thermophysical properties such as plasma electrical conductivity. The mass ablation from aluminum electrode surfaces are modeled with radiative flux from plasma column experiencing intense Joule heating. The computational results shows the highly ionized and highly under-expanded supersonic plasma discharge with strong shock structure of Mach disk and blast wave propagation, which is very similar to muzzle blast or axial plasma jet flows. Also, the geometrical effects of composite electrodes are investigated to compare the amount of mass ablation and penetration depth of plasma discharge.

• 한국추진공학회지
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• 제22권5호
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• pp.115-124
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• 2018

전북대학교 고온플라즈마응용연구센터에서는 지구 재진입 및 고온재료의 열부하 평가를 위해 0.4 MW 급 아크가열플라즈마 풍동을 이용한 내열재료의 삭마 거동 등을 연구해 오고 있다. 아크가열 플라즈마 풍동은 고엔탈피 플라즈마를 발생시켜 다양한 고열부하의 극한 환경을 만들어 낸다. 이를 위해서는 플라즈마 토치내에 공기유량과 입력전류 등을 조절하여 다양한 열유속을 형성한다. 본 연구는 0.4 MW 아크가열 플라즈마 풍동의 다양한 방전 특성에 대해 조사하였다.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제8권3호
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• pp.31-37
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• 2009

This paper presents one and two dimensional simulation results with discontinuous features (shocks) of capacitively coupled rf plasmas. The model consists of the first two and three moments of the Boltzmann equation for the ion and electron fluids respectively, coupled to Poisson's equation for the self-consistent electric field. The local field and drift-diffusion approximations are not employed, and as a result the charged species conservation equations are hyperbolic in nature. Hyperbolic equations may develop discontinuous solutions even if their initial conditions are smooth. Indeed, in this work, secondary electron emission is shown to produce transient electron shock waves. These shocks form at the boundary between the cathodic sheath (CS) and the quasi-neutral (QN) bulk region. In the CS, the electrons emitted from the electrode are accelerated to supersonic velocities due to the large electric field. On the other hand, in the QN the electric field is not significant and electrons have small directed velocities. Therefore, at the transition between these regions, the electron fluid decelerates from a supersonic to a subsonic velocity in the direction of flow and a jump in the electron velocity develops. The presented numerical results are consistent with both experimental observations and kinetic simulations.

• 한국추진공학회지
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• 제17권6호
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• pp.75-80
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• 2013

본 연구에서는 마하 2의 실험실 규모의 풍동장치에서 플라즈마 제트 토치를 점화기로 사용하여 강제점화에 대한 연소 특성을 연구하였다. 하이퍼 혼합기는 혼합기로 사용되었다. 수직분사의 경우, 하나는 하이퍼 혼합기의 웨지면에 충돌하도록 하였으며, 다른 하나는 차가운 주유동으로 바로 분사되도록 하였다. 하이퍼 혼합기와 충돌하는 경우 충돌된 연료는 분산되며 확산 혼합에 의해 혼합성능이 증대된다. 또한 혼합된 가스는 대부분 플라즈마 제트의 열원으로 유입되어 연소 성능을 증대시킨다. 하지만 주유동으로 직접 분사되는 경우는 초음속의 주유동 내에서 점화되지 못하고 많은 양의 연료가 소비된다. 따라서 강제점화방식의 연소의 경우에는 많은 양의 연료-공기 혼합물을 점화가 가능한 열원으로 공급하는 것이 중요하다.