• 전기화학회지
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• 제8권4호
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• pp.155-161
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• 2005

상용 CFD 프로그램인 FLUENT v5.3을 이용하여 용융탄산염 연료전지 스택의 수치 모사를 행하였다. FLUENT에 포함되어 있는 보존식들을 이용하면서, 사용자 정의함수를 이용하여 포함시킨 코드를 통해 전기화학적 반응과 부반응인 수성가스전이반응에 의한 질량과 가스 조성 변화 및 열이동을 고려하여 정확한 계산 결과를 얻고자 하였다. 모사에 사용된 스택은 6kW급과 25kW급 스택으로 각각 20개와 40개의 단위전지를 수직으로 적층한 형태이며 스택내로 주입되는 가스는 coflow형태로 각각의 채널을 흘러가게 설계되어 있다. 모사를 통해 알아본 스택 내 압력분포는 가스 흐름방향으로 압력강하가 일어나며 anode 채널보다 cathode 채널에서의 압력차가 더 크게 나타났다. 채널 내 속도분포는 전극 반응에 의한 질량 및 부피변화로 인해 anode 채널에서는 가스흐름 방향으로 속도가 증가하는 반면 cathode 채널에서는 속도가 감소하는 경향을 보였다. 스택 내 온도분포는 가스 흐름방향으로 증가하는 경향을 보였고, 계산결과와 실험결과가 대체로 일치함을 확인할 수 있었다. 수성가스전이반응을 포함한 모델과 그렇지 않은 모델을 비교한 결과 가스의 주입구 부분에서는 수성가스전이반응에 의해 흡열 반응이, 출구 부분에서는 발열반응이 일어나고, 이로 인해 입구와 출구의 온도차가 더 커짐을 확인하였다. 따라서 상용화 스택인 수백 kW급 이상의 대형 스택을 모사하기 위해서는 수성가스전이반응을 고려해야할 것으로 생각된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권1호
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• pp.75-81
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• 2012

고온의 동축류 공기와 수소가 함유된 메탄 연료제트에서 자발화된 층류 부상화염의 특성을 실험적으로 조사하였다. 그 결과로 순수 메탄 제트에서 자발화되는 경계 온도인 920 K 를 초과하는 초기 온도에서 메탄/수소 혼합기의 자발화된 부상화염은 연료 몰분율에 따라 삼지화염 또는 마일드 연소를 보였고, 제트속도에 따라 부상화염의 높이가 증가하는 전형적인 특성을 보였다. 소량의 수소가 첨가된 부상화염의 높이는 메탄의 경우와 유사하게 단열적 점화지연시간의 2 승에 대한 의존성이 유지되었다. 반면에, 초기 온도가 920 K 미만인 경우에서 화염은 수소의 점화 촉진에 의해서 자발화 되었다. 그리고 제트속도가 증가함에 따라 자발화된 부상화염의 높이는 비선형적으로 감소하는 독특한 특성을 보였으며, 수소의 선호확산이 그 현상에 대해서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2001년도 제22회 KOSCI SYMPOSIUM 논문집
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• pp.9-16
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• 2001

When large size nozzle with low jet velocity is used, the buoyancy effect arises from the density difference among propane, air, and burnt gas. Flame characteristics in such buoyant jets have been investigated numerically to elucidate the effect of buoyancy on lifted flames. It has been demonstrated that the cold jet has circular cone shape since upwardly injected propane jet decelerates and forms stagnation region. In contrast to the cold flow, the reacting flow with a lifted flame has no stagnation region by the buoyancy force induced from the burnt gas. To further illustrate the buoyancy effect on lifted flames, the reacting flow with buoyancy is compared with non-buoyant reacting flow. Non-buoyant flame is stabilized at much lower height than the buoyant flame. At a certain range of fuel jet velocities and fuel dilutions. an oscillating flame is demonstrated numerically showing that the height of flame base and tip vary during one cycle of oscillation. Under the same condition. non-buoyant flame exhibits only steady lifted flames. This confirms the buoyancy effect on the mechanism of lifted flame oscillation.

• 한국연소학회지
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• 제14권2호
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• pp.26-31
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• 2009

Adding small amounts of air to the fuel is used in many commercial combustors to avoid sooty flame. But partially premixed jet flame has lower blowout velocity, $u_{b.o}$, than nonpremixed one. Increasing blowout limit would be one of the key factors to develope highly intense compact combustion devices. Swirling flow enhances fuel and air mixing and induces a highly turbulent recirculation zone, which helps flame stabilization. It was known that NOx emission decreases with swirl on the proper range of swirl number. And it was shown that the flame interaction in multiple jets also increases $u_{b.o}$ owing to the internal recirculation and reduces NO emission. If the effects of swirl and flame interaction are combined together in partially premixed flame, both $u_{b.o}$ increasement and NOx emission reduction could be achieved. Blowout limits of partially premixed interacting propane flame in the swirling air coflow are investigated experimentally. The results show that the flame is not extinguished up to the experimental limits, 210 m/s, at the swirl number of 0.32 and $X_{F,o}$ = 0.46.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제27권6호
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• pp.64-69
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• 2013

본 연구에서는 엔진 나셀 화재를 모사하고 이전의 실험결과를 보충하기위해 이차원 둔각물체 주위의 반응유동장에 대하여 수치해석을 수행하였다. Direct numerical simulation (DNS) 기반의 fire dynamic simulator (FDS)를 이용하여 반응유동장의 특성을 조사하였고, 실험결과와의 비교를 통해 화학반응식을 결정하였다. 산화제는 공기를 사용하였고, 연료는 메탄을 사용하였다. 동축류와 대향류 분사 모두의 경우에 화염의 안정성이나 모양은 둔각물체 주위의 와 강도와 크기에 크게 영향을 받았다. 동축류 분사의 경우 계산에 통한 화염소화한계를 결정하였는데 연료유속이 커질수록 공기의 유속 또한 커지는 경향이 있었고, 그 속도들 또한 기존의 실험결과와 잘 일치함을 볼 수 있었다. 유동장 특성에 대한 화학반응의 효과를 고찰하기 위해 반응이 없는 경우를 계산하여 비교하였다. 모든 경우에 비반응 유동장에 비해 반응 유동장의 후류와는 크기도 감소하고 세기도 감소함을 볼 수 있었는데 이는 반응에 의한 후류의 온도증가가 유체의 밀도 및 모멘텀을 감소시켰기 때문으로 판단된다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제24권6호
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• pp.170-175
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• 2010

동축류버너를 이용한 제트확산화염에서 이산화탄소의 첨가가 매연 생성에 미치는 영향을 조사하였다. R-타입 열전대를 이용하여 화염대 및 황염과 청염의 경계온도를 측정하였다. 광감쇄법을 이용하여 화염이 존재하는 국소부분에서의 상대적인 매연 농도(1-I/$I_0$)를 측정하였다. 광원으로는 파장이 632.8nm인 He-Ne 레이저가 사용되었고 디텍터를 이용하여 매연입자에 의해 산란과 흡수를 겪은 후의 감쇄된 신호를 직접 측정하였다. 또한, 매연 생성에 있어서의 열적 효과를 알아보기 위해 산화제의 유속을 변화시켜 유속에 의한 영항을 알아보았다. 실험 결과로써, 황염과 청염 각각의 온도는 이산화탄소의 첨가에 따라 점차 낮아졌지만 황염과 청염의 경계온도는 거의 일정하였다. 산화제 측에 이산화탄소를 첨가함에 따라 상대적인 매연 농도는 낮아졌고 이는 산화제의 유속을 증가시켰을 때의 효과와 유사했다. 이것은 화염온도의 저하와 매연입자의 체류시간 감소에 기인하는 것으로 생각된다. 또한 이산화탄소의 첨가가 화염의 불안정성을 야기하여 순수 에틸렌/공기 화염에 비해 화염의 길이가 다소 증가하는 것으로 나타났다.

• 한국안전학회지
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• 제27권1호
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• pp.20-25
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• 2012

The purpose of the study is to assess the extinguishing concentration of inert gases in engine nacelle fire. The experiment was performed with a two dimensional rectangular bluff body stabilized flames, where the fuel was ejected to counter flow and co-flow against an oxidizer stream. Two inert gases, $CO_2$ and $N_2$, were used for extinguishing agent in the oxidizer and methane was used for fuel. The main experimental parameters were the direction of injecting fuel, the kinds of agent and the velocity ratio between air and fuel streams, which controlled the mixing characteristic near bluff body and the strength of recirculation zone in the downstream. The result shows the flame structure and the mode were strongly dependent with fuel/air ratio and the fuel jet direction. For both flow configurations, the extinguishing concentration of $CO_2$ was smaller than the $N_2$ because of the large heat capacity of $CO_2$. However, the concentration of inert gasesat blowout was much smaller than those in the cup burner and coflow jet diffusion flames, which implies that the extinction mechanism of bluff body stabilized flames was mainly due to the aerodynamic aspect. Compared to co-flow fuel injection, the extinguishing concentration of inert gases under counter flow configuration was lower. The effect of direction might result from the mixing characteristic and strength of recirculation zonearound a bluff body. More details should be investigated for the characteristic of recirculation zone in the wake of bluff body using the LES(Large Eddy Simulation).

• 한국연소학회지
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• 제22권3호
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• pp.17-22
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• 2017

An experimental study has been conducted to elucidate the effect of AC electric field on behaviors of laminar lifted flame in nitrogen-diluted methane coflow-jets. Our concerns are focued on the regime to show a decrease in liftoff height, $H_L$ with increasing nozzle exit velocity, $U_O$ (hereafter, $decreasing-H_L$). The $H_L$ with $U_O$ near flame extinction were measured by varying the applied AC voltage, $V_{AC}$ and frequency, $f_{AC}$ in a single electrode configuration. The behavior of $H_L$ with a functional dependency of $V_{AC}$ and $f_{AC}$ was categorized into two regime : (I) $H_L$ decreased for nozzle diameter, D = 1.0 mm, and (II) $H_L$ increased in the increase of $f_{AC}$ for a fixed $V_{AC}$ in a D = 4.0, 8.4 mm. The lifted flames in $decreasing-H_L$ region was unstable in high voltage regimes while the $H_L$ showed a decreasing tendency with $U_O$ except them. Such behaviors in $H_L$ were also characterized by functional dependencies of related physical parameters such as $V_{AC}$, $f_{AC}$, $U_O$, fuel mole fraction ($X_{F.O}$) and D.