• 한국추진공학회지
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• 제24권6호
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• pp.69-77
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• 2020

액체 핀틀 추력기의 성능해석을 위해 준 일차원 다상 반응유동 해석코드를 개발하였다. 해석코드의 주요모델로서 다상 유동장, 액적의 기화, 다상 연소, 액체 막냉각 등의 모델들을 적용하였다. 액적기화 모델은 Abramzon의 기화모델을 적용하였으며 연소 모델은 flamelet 모델을 적용하였다. 막냉각 효과는 Shine의 모델을 적용하였다. 각 모델을 사용하여 산소-질소의 Sod shock 튜브, n-decane 액적기화, 케로신 다상연소, 막냉각 길이를 계산하여 선행 연구자의 결과와 비교 검증하였다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제2권4호
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• pp.595-600
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• 2016

다상 고정층 촉매반응기(Multiphase catalytic fixed-bed reactor)에서 기체 유동과 관련, 반응기 내부 구조 디자인에 따른 feed 가스의 분산성 변화를 분석하였다. 다상 촉매반응기의 경우 feed gas의 투입방법이 전체 공정의 반응효율을 크게 결정하는바 본 연구에서는 산업현장에서 활용도가 높은 환형 가스 주입부로 구성된 다상 고정층 촉매반응기를 대상으로 다양한 조건하에서 촉매 반응기 내부에서의 feed가스 분산성 변화를 분석하였다. 다상 촉매반응기의 feed gas 주입과 관련하여 다양한 방안이 제시되고 있는데 그 중 환형 가스 주입방식을 활용하는 방법은 타 기술대비 상대적으로 저렴한 투자비와 좁은 작업공간하에서 기체의 분산성을 향상 시킬수 있는 특징이 있어 실제 상업 공정에서의 활용성이 매우 높다. 본 논문에서는 특히 기-고 촉매 반응기 내부 반응기체의 분산성 향상을 위해 환형 가스 주입장치 내부에 설치된 가스 주입홀 구성방법에 따른 반응기 내부 유동을 분석하였다. 분석결과 주입홀의 위치가 가스 투입라인의 접선방향에 위치하는 것은 전체 분산성에 큰 영향을 주지 못하며 대부분 가스투입 입구와 맞은편 부분에 위치하는 경우 분산성이 향상되는 것으로 분석되었다. 결과적으로 환형 가스주입장치의 최적 설계는 feed 가스의 분산성에 큰 영향을 미치므로 초기단계에서 이러한 점을 고려한 설계 및 분석연구가 선행되어야 할 것으로 사료된다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.251-253
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• 2017

Prefilming air blast 연료노즐의 다상유동 해석을 수행하였다. 연료가 미립화되는 과정을 관찰하였으며 liquid film의 두께와 속도를 계산하였다. Slot에서 분사된 연료는 prefilmer surface에서 얇은 액막을 형성한 후 연료노즐 lip에서 액적으로 분열되었다. 또한 계산된 liquid film의 두께와 속도를 경계조건으로 하여 반응유동장 해석을 수행하였다. 분사된 액적은 venturi throat를 지나면서 기화되었고 연료노즐 하류에 반응영역이 형성되어 안정적으로 보염이 이루어졌다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제16권2호
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• pp.94-101
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• 2011

The fast pyrolysis characteristics of lignocellulosic biomass are investigated for a bubbling fluidized bed reactor by means of computational fluid dynamics (CFD). To simulate multiphase reacting flows for gases and solids, an Eulerian-Eulerian approach is applied. Attention is paid for the primary and secondary reactions affected by gas-solid flow field. From the result, it is scrutinized that fast pyrolysis reaction is promoted by chaotic bubbling motion of the multiphase flow enhancing the mixing of solid particles. In particular, vortical flow motions around gas bubbles play an important role for solid mixing and consequent fast pyrolysis reaction. Discussion is made for the time-averaged pyrolysis reaction rates together with time-averaged flow quantities which show peculiar characteristics according to local transverse location in a bubbling fluidized bed reactor.

• 한국가스학회지
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• 제20권4호
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• pp.65-77
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• 2016

Fischer-Tropsch 반응기 내 복잡한 반응과 흐름을 상세히 모델링하는 것은 CFD 분야에 있어 도전적 과제이다. Fischer-Tropsch 반응은 여러 가지 탄소수를 가진 탄화수소들을 만들어내는데, 탄화수소에는 무수히 많은 이성질체가 존재하는 이유로 모든 화학종에 대해서 각각의 반응속도식을 도출해 적용하는 것은 어렵다. 이의 극복을 위해 기존 연구들에서 사용된 반응속도식 모델링 방법론들을 분석한 뒤, 화학종별 상세한 반응속도식 적용을 위해 non-Anderson-Schulz-Flory 방법론을 선정하여 상세 모델링을 진행하였다. 또한 반응 특성상 다상 흐름 형태를 띠는데, 다상 흐름 모델링의 경우 상간의 간섭이나 분산상의 분포 및 유동 형태 등에 따라 적합한 모델링 방법론이 다르다. 그러나 기존 연구들에서는 타당성에 대한 논의나 근거 제시 없이 각양각색의 내부 흐름 모델링 방법론이 사용되고 있다. 실험을 통해 내부 흐름 형태를 관찰한 뒤 유동 형태에 따른 모델링을 진행하는 것이 최선이나, 자원 여건상 어려움이 있어, 본 연구에서는 전통적인 유체역학 이론에 근거해 내부 흐름 형태를 먼저 추론하고 Mixture 모델 방법론을 선정하여 체계적인 CFD 모델링을 진행함으로써, 사용된 방법론에 대한 근거를 마련하고자 하였다. 10가지 실험조건에서 진행한 실험 결과와 본 연구의 시뮬레이션 결과를 비교하였으며, 이를 통해 본 연구가 제안하는 체계적 모델링 방법론의 타당성을 입증하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제24권6호
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• pp.78-84
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• 2020

본 논문에서는 Part I에 소개된 요소모델들을 통합하여 핀틀 추력기 성능 특성을 분석하였다. 성능해석 모델 검증을 위하여 케로신/과산화수소 액체 핀틀 추력기의 실험결과와 비교 분석하였다. 검증한 결과를 바탕으로 핀틀 추력기 내부의 비정상 열유동장의 물리적 특성을 분석하였으며 필름효과를 확인하였다. 또한 추력기의 형상인자와 작동인자가 성능특성에 미치는 영향을 파악하기 위하여 OAT 방법과 scatter plot 방법을 이용해 민감도 분석을 수행하였다. 액적직경, 필름유량, O/F비, 노즐목 직경의 4가지 인자를 이용해 특성속도, 연소실 압력, 비추력의 변화에 대한 영향을 관찰하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권3호
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• pp.127-138
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• 2016

디젤 차량의 유해배출가스인 질소산화물 저감을 위해서는 정화성능이 우수한 요소첨가 선택적 촉매환원장치가 장착되어야 한다. 본 연구에서는 3차원 오일러리안-라그랑지안 전산유체해석을 통해 요소첨가 선택적 촉매환원장치의 수송현상에 따른 화학반응과 다상유동 특성을 수치적으로 예측한다. 이때, 수치적인 분무형상은 가시화실험에서 측정된 분사속도, 분무관통길이, 분무반경, 평균액적지름과 비교를 통해 보정되었다. 그리고 해석 결과는 실제 엔진 및 차량 시험에서 측정한 질소산화물 저감효율과 비교를 통해 검증되었으며, 상대오차 5% 이하의 정확도를 보여준다. 검증된 전산모델은 요소첨가 선택적 촉매환원장치의 내부유동해석에 사용되었으며, 이를 통해 압력강하와 속도증가 특성을 분석하고, 암모니아의 농도균일도와 과잉분포 위치를 예측한다.