The relationship among the flame radiation, NOx emissions, residence time, and global strain rate are examined for turbulent non-premixed jet flames with wide variations in coaxial air conditions. Measurements of NOx emission, flame geometry and flame radiation were made to explain the NOx emission scaling based on global parameters such as flame residence time, global strain rate, and radiant fraction. The overall 1/2-power scaling is observed in coaxial air flames, irrespective of coaxial air conditions, but the degree of deviation from the 1/2-slope curve in each case differs from one another. From the comparison between the results of pure hydrogen flames and those of helium diluted hydrogen flames, it is observed that flame radiation plays a significant role in pure hydrogen flames with coaxial air and the deviation from 1/2-power scaling may be explained in two reasons: the difference in the flame radiation and the difference in jet similarity in coaxial air flames. From the radiation measurements, more detailed explanations on these deviations were suggested.
화학레이저는 혼합현상을 이용하는 확산형태의 화학반응을 이용하게 된다. 따라서, 화학레이저 공동 내에서 산화제(F)와 연료(D$_2$)가 기저부에 의해서 분리되어 유입된다. 초음속 연소현상에서 혼합 및 연소특성에 큰 영향을 주는 기저부의 화학레이저 시스템에서의 분포역전현상에 초점을 맞추어 기저부의 크기를 0.4mm, 0.8mm, 1.6mm로 변화시켜가면서 수치해석을 수행하였다. 결과로서 분포역전현상이 두드러지게 기저부의 크기가 커짐에 따라서 넓은 영역에서 발생하게된다.
Extinction characteristics of hydrogen-air diffusion flames at various pressures are investigated numerically by adopting counterflow flame configuration as a model flamelet. Especially, effect of radiative heat loss on flame extinction is emphasized. Only gas-phase radiation is considered here and it is assumed that $H_2O$ is the only radiating species. Radiation term depends on flame thickness, temperature, $H_2O$ concentration, and pressure. From the calculated flame structures at various pressures, flame thickness decreases with pressure, but its gradient decreases at high pressure. Flame temperature and mole fraction of $H_2O$ increase slightly with pressure. Accordingly, as pressure increases, radiative heat loss becomes dominant. When radiative heat loss is considered, radiation-induced extinction is observed at low strain rate in addition to transport-induced extinction. As pressure increases, flammable region, where flame is sustained, shifts to the high-temperature region and then, shrunk to the point on the coordinate plane of flame temperature and strain rate. The present numerical results show that radiative heat loss can reduce the operating range of a combustor significantly.
자유수면 근처에서의 박리유동 현상을 수치 시뮬레이션 방법과 유선 가시화 시험 방법으로 연구하였다. 수치 시뮬레이션은 물체표면에서 유기되고 확산(diffusion) 및 대류(convection)에 의해 유동중으로 박리되어 방출되는 보오티시티(vorticity)를 다수의 보오텍스로 치환하여 유동의 변화와 유체력을 구하는 보오텍스블럽 법을 사용하여 수행하였다. 이 방법으로 대규모의 와류의 생성 및 변화를 추정할 수 있으며 또한 자유수면과 와류유동의 상호간섭현상 그리고 동 유체력 등을 추정할 수 있었다. 유선 가시화 시험은 해사기술연구소의 공동수조에서 수행하였으며, 직류 전원에 의해 얻어진 수소기포를 가시화 입자로 이용하였다. 조명장치는 할로겐 램프를 이용하였고, 연속사진을 가시화의 결과로 사용하였다. 또한 자유수면의 시간적 공간적 변화를 파고계를 이용하여 계측하고 이로부터 와류유동의 변화 주기를 추정하였다.
최근 들어 분리공정의 발달과 산업의 고도화에 따라 기체 및 액체분리의 중요성이 강조되면서 열적, 화학적 그리고 기계적 안정성이 좋으며, 수명이 길고, 세척과 재생이 용이하며, 미생물에 의한 손상이 없는 무기막에 대한 연구가 진행중이다. 무기막은 기공의 크기에 따라 크게 다공성 막과 비다공성 막의 두 종류로 구분된다. 비다공성 금속막은 특정 기체에만 투과성을 가지며, 이때 기체는 용해-확산(solution-diffusion)기구에 의해 금속막을 투과하므로 특정기체에 대한 선택도는 매우 크나 투과도가 매우 작고 가격이 비싼 단점을 가지고 있다. 다공성 막은 기체 투과율이 큰 반면 기체 선택도가 작은 단점을 가지고 있다. 현재 기체분리에 사용되고 있는 무기막은 기공크기가 40${\AA}$ 이상으로 기체 분리가 Kundsen diffusion에 의해 이루어지므로, 기체 투과도는 큰 반면에 기체에 대한 선택도는 그리 크지 않다. 따라서 최근 들어서는 다공성 담체에 기공이 작은 ($d_{pore}<20{\AA}$)박막을 담지시켜 기체의 분리 선택도를 향상시키기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 유기금속 화학증착법(metal-organic chemical vapor deposition:MOCVD)을 이용하여 수소 선택성을 가지는 $SiO_2/Al_2O_3$ 복합막을 비율별로 제조하여 증착속도를 알아보고, 열과 수분에 노출시켜 박막의 기체투과도 변화를 살펴보았다.
음극방식은 피방식체를 일정 전위로 음극분극 하는 원리로써 외부전원을 인가하거나 비전위의 금속을 희생양극으로 연결하여 방식하는 방법이다. 해수 중에서 음극방식을 실시할 경우 음극 표면에 용존산소 환원반응과 수소발생반응이 일어나 $OH^-$ 이온이 발생하게 된다. 이러한 반응에 의해 생성되는 석회질 피막 (Calcareous deposit)은 강구조물의 부식방지를 위한 물리적인 방호벽 역할을 하면서 용존산소의 확산 및 이동을 억제하며, 전류밀도를 감소시킨다. Potentiostat 및 rectifier를 이용하여 정전위 및 정전류 조건에서 형성된 석회질 피막을 SEM, EDS, XRD를 통해 분석하고 이를 바탕으로 양극의 종류(Al, Zn) 및 1, 5, $10mA/m^2$의 전류밀도 조건에서 실제 강관에 형성된 석회질 피막의 메커니즘을 해명하였다. 또한 석회질 피막 형성 시 Steel Wire Mesh를 설치하여 그 영향에 대해서도 분석하였다. 석회질 피막의 내구성은 침지-자연전위 및 밀착성 테스트를 통해 평가되었다.
고분자 전해질 연료전지(PEMFC, polymer electrolyte membrane fuel cell)는 수소이온특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로서 무공해 차량의 동력원, 가정용 발전, 우주선용 전원, 군사용 전원 등 매우 다양한 부분에서 사용되어질 것으로 사료된다. 하지만 현재 높은 가격과 짧은 수명 등의 문제로 상용화에 이르지 못하고 있다. 고분자전해질 연료전지의 스택 가격을 부품별로 조사하여 보면 분리판이 전체 스택가격의 60% 정도가 가장 높은 비중을 차지하며 기체 확산층으로 사용되는 탄소재료가 12%,전해질이 10%, 촉매가 8% 정도를 차지한다. 촉매 또한 저가의 비귀금속 촉매를 개발하거나 백금 촉매의 성능을 향상시켜 촉매 사용량을 낮춤으로써 가격을 낮추기 위한 연구가 진행되어지고 있으며 전해질로 사용하는 고분자막도 가격이 매우 높은 Nafion 대신 저가 고분자를 개발하거나, 또는 가능한 얇은 전해질을 사용하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 하지만 아직까지는 뚜렷한 진척성과가 없는 것으로 알려져 있다. 그래서 본 연구에서는 고분자 전해질 연료전지의 고분자 Membrane의 특성을 향상시키고 또한 박막의 배양성과 특성에 대해서 고찰해 보고자한다.
The effect of non-metallic inclusions on the HAZ hydrogen induced cracking was investigated. Quench and temper high tensile strength steels containing various sulphur contents were employed. The sulphur contents range between 0.007% and 0.040%. Non-metallic inclusions were mainly MnS type sylphide and Mn-Al-Si type. The sensitivity of HAZ delayed cracking was evaluated by implant testing. Diffusible hydrogen content was varied by controlling the moisture absorbing condition of manual arc welding electrodes. The one was asreceived condition, the other was dipping the electrodes in the water for ten minutes. The main results obtained were as follows; 1) The results of implant test showed that critical stress increased with increasing S content up to 0.013%. But steel containing 0.040%S showed lower critical stress than that of 0.013% S. These result suggest that there will be optimum S content to prevent HAZ delayed cracking of high strength steels. 2) Under the lower D.H.C. level, critical stress was increased with rolling reduction, but higher D.H.C. level, effect of rolling reduction was not recognized.
In this study, a molybdenum disilicide ($MoSi_2$) coating process was investigated by hydrogen reduction and Si-pack cementation. At first, the metallic Mo coating was carried out by hydrogen reduction of $MoO_3$ powder at $750^{\circ}C$ for various holding times (1, 2, 3 h) in hydrogen atmosphere. A $4.3{\mu}m$ thick metallic molybdenum thin film was formed at 3 h. $MoSi_2$ was obtained by Si-pack cementation on molybdenum thin film through hydrogen reduction processing. It was carried out using $Si:Al_2O_3:NH_4Cl=5:92:3$ (wt%) packs at $900^{\circ}C$ for various holding times (30, 60, 90 min) in Ar atmosphere. When the holding time was 90 min, a $MoSi_2$ layer was coated successfully and a $15.4{\mu}m$ thickness was observed.
Effects of ε-carbide (Fe2.4C) on corrosion and hydrogen diffusion behaviors of ultra-strong steel sheets for automotive application were investigated using a number of experimental and analytical methods. Results of this study showed that the type of iron carbide precipitated during tempering treatments conducted at below A1 temperatures had a significant influence on corrosion kinetics. Compared to a steel sample with cementite (Fe3C), a steel sample with ε-carbide (Fe2.4C) showed higher corrosion resistance during a long-term exposure to a neutral aqueous solution. In addition, the diffusion kinetics of hydrogen atoms formed by electrochemical corrosion reactions in the steel matrix with ε-carbide were slower than the steel matrix with cementite because of a comparatively higher binding energy of hydrogen with ε-carbide. These results suggest that designing steels with fine ε-carbide distributed uniformly throughout the matrix can be an effective technical strategy to ensure high resistance to hydrogen embrittlement induced by aqueous corrosion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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