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FASTRAC 연소기에서 음향공을 이용한 연소불안정 제어 사례 연구
김홍집(Hongjip Kim),김성구(Seong-Ku Kim) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5
연소시험을 통한 성공/실패 사례가 있는 FASTRAC 연소기에 대해, 효용성이 검증된 3차원 선형 음향해석을 수행하여 음향공의 물성치 변화에 따른 감쇠 특성을 파악하였다. 음향공의 동조주파수와 감쇠능력을 정량화하기 위해 acoustic impedance 개념을 도입하였다. 기하학적 형상이 주어진 상태에서, 음향공 내부의 음속 변화에 따라 최적의 동조가 가능한 음속을 파악하였다. 최적의 동조가 이루어지기 위한 음향공 내부의 음속 예측 방법을 제시하였다. 이를 통하여 여러 기하학적 형상을 가지는 음향공에 대하여 적용하여 감쇠능력을 정량화함으로써 연소안정성의 확보 여부에 대한 검토가 가능할 것이며, 안정성이 확보되지 못한 경우에 대해서는 그 이유를 명확하게 규명할 수 있을 것이다. 3-D linear acoustic analysis has been performed to elucidate damping characteristics of large Helmholtz acoustic cavities in FASTRAC combustor. Acoustic impedance concept has been introduced to quantify combustion stabilization capacity. For a given acoustic cavity, sonic velocity in cavity to achieve an optimal tuning has been determined and satisfactory agreement with the previous results has been obtained. Feasible estimation of sonic velocity in acoustic cavity has been devised. Results show similar trends without significant deviations, which can be used in the procedure of design and verification of acoustic cavity. From the satisfactory results, investigation of other combustors with acoustic cavities which have shown combustion instabilities will be done as future works.
김홍집(Hongjip Kim) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11
음향공의 감쇠 능력을 정량화하기 위하여 도입된 음향 임피던스 개념을 이용하여 음향시험을 통해 얻을 수 있는 흡수 계수와 계측하기 힘든 여러 물리적 인자들을 벽면에서의 소산 과정을 모사할 수 있는 음향 해석을 통해 정량화하였다. 본 연구의 결과가 기존의 음향 시험에서의 결과와 만족스러운 일치를 보이는 것을 확인할 수 있었다. 지금까지 수행되었던 여러 연구 결과들과 더불어, 본 연구의 접근방법과 결과는 실제 로켓 연소기에서의 음향공의 설계에 실용적으로 적용될 수 있을 것으로 판단된다. Acoustic analysis with wall damping effect through the concept of acoustic impedance has been done to verify acoustic characteristics such as absorption coefficient and other physical parameters which are difficult to measure. Satisfactory agreement has been obtained with cold acoustic test. This approach can be applied to the design of practical design of acoustic cavities in liquid rocket combustors.
FASTRAC 연소기에서 음향공을 이용한 연소불안정 제어 사례 연구
김홍집(Hongjip Kim),김성구(Seong-Ku Kim) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회지 Vol.16 No.5
3-D linear acoustic analysis has been performed to elucidate damping characteristics of large Helmholtz acoustic cavities in FASTRAC thrust chamber. Acoustic impedance concept has been introduced to quantify combustion stabilization capacity. For a given acoustic cavity, sonic velocity in the cavity to achieve an optimal tuning has been determined and satisfactory agreement with the previous results has been obtained. Feasible estimation of sonic velocity in the acoustic cavity has been devised. Results show similar trends without significant deviations, which can be used in the procedure of design and verification of acoustic cavity. From the satisfactory results, investigation of other thrust chambers with acoustic cavities which have shown combustion instabilities will be done as future works.
국내06/북미ULEV-II 대응 촉매장치 강건설계 최적화 연구
김상범(Sangbeom Kim),김성근(Sungkun Kim),장한수(Hansoo Chang),김홍집(Hongjip Kim),연태헌(Taehun Yeon) 한국자동차공학회 2009 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2009 No.11
The conventional aftertreatment systems to meet the stringent ULEV-Ⅱ emission regulation are usually composed of warm-up catalytic converter (WCC) and underfloor catalytic converter (UCC). However, those systems bring high cost, high back pressure, the limit of engine room for package design, and other side effects. The new optimized system needs to solve these problems and to meet ULEV-Ⅱ emission regulation efficiently. There are many technologies and design parameters in exhaust catalytic converter systems ; exhaust manifold structure, exhaust gas flow distribution, location of catalytic converter, PM coating technologies, substrate characteristics, and volume of catalysts. It is a key factor to make a optimized robust system with those parameters and technologies described. The new optimized exhaust and Integrated Close-coupled Catalytic Converter (ICCC) system can meet ULEV-Ⅱ regulation and can solve those problems of conventional system by a robust design. This study was focused on the optimization process of exhaust and ICCC system to determine robust design control factors, which are durability of catalyst - aged and/or fresh - , by vehicle evaluation, FTP-75.
파장가변형 레이저 흡수 분광법을 이용한 대기압에서의 N₂O 농도 실시간 측정에 관한 연구
김강현(Kanghyun Kim),박지연(Jiyeon Park),김홍집(Hongjip Kim),이창엽(Changyeop Lee),박대근(Daegeun Park),김대해(Daehae Kim) 한국에너지기후변화학회 2021 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2021 No.11
지구온난화를 야기하는 가스 중 이산화탄소(CO₂)를 제외한 가스(Non-CO₂ greenhouse gas)는 메탄(CH₄), 아산화질소(N₂O), 불화 가스 류(PFCs, HFCs, SF6, NF₃) 등이 있다. Non-CO₂ gas의 경우, CO₂보다 실질적인 배출량은 적지만, 지구온난화지수가 높아 지구온난화에 큰 영향을 끼치고 있는 가스들로 저감기술을 통해 오히려 더 큰 효과를 볼 수 있는 가스들이다. N₂O는 지구온난화지수(Global Warming Potential, GWP) 310이며, 국내 온실가스 배출량의 2.6%를 차지하는 가스다. 우리나라 반도체/디스플레이 기술은 세계적으로 인정받고 지속적인 성장세를 이어가고 있지만, 동시에 환경오염 등의 문제점 또한 야기하고 있다. 특히 반도체 산업에서는 N₂O를 증착공정(Deposition process) 등 다양한 공정에서 사용하며, 공정에서 배출되는 가스는 스크러버(Scrubber)를 통해 저감시킨다. 이때 N₂O의 농도를 효과적으로 저감시키기 위해서는 실시간 측정을 통해 스크러버를 제어하는 기술이 필요하다. 파장가변형 레이저 흡수 분광법(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS)은 실시간으로 정량적인 농도 및 온도 측정이 가능한 비접촉식 측정법으로, 실시간 측정을 통해 스크러버의 성능을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 상압에서 TDLAS를 이용하여 N₂O를 측정하기 위해, 비교적으로 선강도가 강하고 다른 가스들의 간섭이 없는 중적외선 영역대의 파장 8.31㎛ Laser를 이용하여 실시간으로 측정 및 분석하였다.
김용구(Yonggu Kim),조성휘(Seonghwi Jo),김홍집(Hongjip Kim),고영성(Youngsung Ko),김형모(Hyungmo Kim) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11
본 논문에서는 액체산소/케로신 이원추진제 추력기용 인젝터를 수치해석적 기법으로 연구하였고 실물형 수류 시험결과를 바탕으로 산화제 중심 구조를 가진 핀틀 인젝터의 분무특성을 파악하였다. 그 결과 방사형의 분무형태 및 유동특성을 확인하였으며 다양한 형상의 핀틀 인젝터의 수치해석기법을 마련하기 위한 선행 연구를 실시하였다. A study on pintle injectors using LOx/kerosene propellants has been done numerically. The flow characteristics of oxidizer-centered pintle injectors have been analyzed based on the results of full-scale cold flow tests. Consequently, similar flow patterns with experiments have been obtained as a preliminary study for spray characteristics of various pintle injectors.
김용구(Yonggu Kim),조성휘(Sunghwe Jo),이행선(Hangsun Lee),김홍집(Hongjip Kim),고영성(Youngsung Ko),김형모(Hyungmo Kim) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5
본 논문에서는 선행 연구를 바탕으로 액체산소/케로신 이원추진제 추력기용 인젝터를 수치해석적 기법으로 연구하였고 실물형 수류 시험결과를 바탕으로 산화제 중심 구조를 가진 핀틀 인젝터의 분무특성을 파악하였다. 그 결과 각 케이스별 다양한 분무형태 및 유동특성을 확인하였으며 다양한 형상의 핀틀 인젝터의 수치해석기법을 마련하기 위한 선행 연구를 실시하였다. In this paper, cold flow characteristics of pintle injectors have been done numerically. The flow characteristics of oxidizer-centered pintle injectors have been analyzed based on the results of full-scale cold flow tests. Consequently, various flow and spray characteristics for each cases have been obtained. Present study has been conducted as a preliminary step for elucidating spray characteristics of various pintle injectors.
Rijke Tube를 이용한 열환경에서의 음향공 감쇠 특성연구
김근철(Geuncheol Kim),전준수(Junsoo Jeon),김중일(Joongil Kim),고영성(Youngsung Ko),김홍집(Hongjip Kim) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.5
본 연구에서는 열/음향 불안정성 환경 모사를 위하여 수평형의 Rijke tube를 설계/제작하였고, 이를 이용하여 구현하고자 하는 주파수대의 열구배를 갖는 공진현상이 발생됨을 확인하였다. Rijke tube를 이용해 열 음향 불안정 환경을 조성한 후, 음향공을 장착하여 얻어진 감쇠특성을 상온실험 자료와 비교/분석하여 열 음향 불안정 환경에서의 음향공 감쇠특성을 확인하였다. 열/유동 환경하에서의 감쇠 시간이 상온 환경에 비해 약 40% 증가함을 확인하였으며, 이로부터 음향공 설계시 열/유동 환경이 고려되어야 함을 확인하였다. A Rijke tube which has an electric heater and a flow controller was designed and thermo-acoustic instability was induced by the Rijke tube. The thermo-acoustic instability was damped by a resonator and the damping characteristics were investigated and compared to room temperature acoustic test. Results show that decay time of the thermo-acoustic condition was increased by about 40% compared to that of room temperature acoustic test.