• 대한기계학회논문집B
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• 제39권9호
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• pp.727-734
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• 2015

세계적으로 유가 상승에 따른 내연기관의 에너지 변환 효율을 높이고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 가솔린엔진에서 높은 열효율을 실현하기 위해서는 희박연소에 의한 비열비의 증가 및 단열화염온도의 저감에 의한 열효율 향상이 필수적이다. 직접분사식 가솔린 엔진은 연료를 직접 연소실에 공급하고 정밀한 연소제어를 통해 희박 연소가 가능하게 하지만 희박연소 한계의 확대와 안정된 희박연소제어가 요구된다. 희박연소 엔진에 대한 삼원촉매의 배출가스 저감특성은 높은 공기과잉률 및 낮은 배기가스 온도로 인해 매우 제한적이다. 이에 효과적인 삼원촉매의 개발을 위해 승용 차량용 엔진의 주요 연비시험 운전조건인 2000 rpm BMEP 2bar 조건에서 공기과잉률의 변화에 따른 배출가스 반응 및 생성 특성을 비교하였다. 희박연소 조건에서 $NO_2$가 생성되었으며, $NO_2$의 비율은 공기과잉률이 증가할수록 증가하고 $N_2O$는 감소하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권3호
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• pp.251-257
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• 2012

본 연구에서는 이중원추형 버너가 장착된 고압연소기를 이용하여 입구공기온도, 공기비 그리고 연소실 압력조건에 따른 NOx 배출 특성을 실험적으로 조사하였다. 배기가스 온도와 NOx 배출량은 동일한 연소실 끝단지점에서 측정되었다. NOx 배출량은 공기비가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었으며, 입구공기 온도와 연소실의 압력이 높아질수록 증가하는 경향을 나타내었다. 특히 입구공기 온도의 증가는 희박 영역에서 가연한계를 증가시켜 높은 단열화염 온도를 가짐에도 불고하고 저감된 NOx 배출 수준을 얻을 수 있었다. 연소실 압력이 증가할수록 Thermal NOx의 영향을 받는 영역에서의 NOx 배출은 큰 폭의 상승을 보였으나, 공기비가 1.8이상인 영역에서는 적은 연료량으로 인하여 적은 상승폭을 나타내었다.

• 한국가스학회지
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• 제20권6호
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• pp.23-30
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• 2016

천연가스를 이용한 기존 엔진들은 효율이 우수한 희박연소를 구현하였지만 배기가스의 정화성능이 점차 강화되는 배기규제에 대응하기 위해, 이론공연비 연소 방식으로 관심이 옮겨지고 있다. 이론공연비 연소 방식은 유해 배출가스의 정화효율이 높은 삼원촉매를 사용할 수 있는 장점이 있지만, 높은 연소열 발생에 따른 열 내구성 문제와 연비가 해결과제로 남아 있다. 천연가스에 수소를 혼합한 수소-천연가스 혼합연료(HCNG))는 수소의 빠른 연소속도에 의한 영향으로 연소속도가 증가하고, 희박한계가 증가하여 배기가스재순환(Exhaust gas recirculation; EGR) 률의 공급을 증가할 수 있다. EGR률 상승은 연소온도를 낮추게 되어 엔진 열 내구성에 긍정적인 영향을 줄 수 있고, 압축비를 더욱 증가 시킬 수 있어서 효율적인 연소조건을 형성하도록 도움을 줄 수 있다. 본 연구에서는 기존 대형 가스엔진을 이용하여 개발한 이론공연비 연소 방식의 HCNG 엔진의 배출가스 저감을 최소화하기 위해, 삼원촉매를 개발 및 적용하여 배기가스 특성을 평가하고 분석하고자 하였다. 현재 상용화된 시내버스용 삼원촉매와 HCNG용으로 개발 중인 시제 삼원촉매를 각각 설치하여 정상상태 운전조건 및 과도운전조건에서 실험을 진행하고 모드실험 결과를 비교하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.26-35
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• 2016

수소는 공해가 없는 청정에너지 자원으로, 이를 활용하기 위한 많은 연구가 진행되고 점차 생산 및 소비량이 늘어날 것으로 전망된다. 그러나 수소의 열화학적 특성 상 매우 높은 가연성을 가지며, 특히 밀폐공간에서 수소 가스가 누출되는 경우에 위험성이 높다. 본 연구에서는 전산유체역학 해석기법을 적용하여 밀폐된 공간 내부의 수소가스 누출 현상에 대한 수치해석 연구를 수행하였고, 실험결과와 비교하였다. 또한, 검증된 해석기법을 적용하여 누출공의 크기에 따른 가스 확산 거동에 대하여 해석하고 다양한 기법을 통해 분석하였다. 누출 시간 경과에 따른 공간 내의 가연영역을 누출공 크기 별로 확인하고, 가연영역의 체적분율을 통하여 누출공의 크기가 증가할수록 공간 내부의 가연영역은 급속히 성장함을 확인하였다. 또한 수소 가스의 누출량과 가연영역이 천장까지 성장하는 최소 소요시간 사이의 관계를 도출하였다. 특정 모니터링 지점에서 가스 몰분율 분석을 통해 가스는 형상 규모의 영향을 받지 않고 등방적 특성으로 퍼져나감을 확인하였으며, 특정 지점에서의 가스 농도는 누출구로부터 발생하는 주 유동의 효과와 밀폐공간에서의 가스 누적 효과를 모두 고려해야 함을 알 수 있었다.