Bae, Ji-Yeul;Kim, Taehwan;Kim, Ji Hyuk;Ham, Heecheol;Cho, Hyung Hee
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.2
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pp.119-125
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2017
Ablative material in a rocket nozzle is exposed to high temperature combustion gas, thus undergoes complicated thermal/chemical change in terms of chemical destruction of surface and thermal decomposition of inner material. Therefore, method for conjugate analysis of thermal response inside carbon/phenolic material including rocket nozzle flow, surface chemical reaction and thermal decomposition is developed in this research. CFD is used to simulate flow field inside nozzle and conduction in the ablative material. A change in material density and a heat absorption caused by the thermal decomposition is considered in solid energy equation. And algebraic equation under boundary layer assumption is used to deduce reaction rate on the surface and resulting destruction of the surface. In order to test the developed method, small rocket nozzle is solved numerically. Although the ablation of nozzle throat is deduced to be higher than the experiment, shape change and temperature distribution inside material is well predicted. Error in temperature with experimental results in rapid heating region is found to be within 100 K.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2003.05a
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pp.244-245
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2003
고체나 액체 추진로켓에 비하여 하이브리드 추진 시스템은 작동조건의 안정성과 안전함등의 많은 장점을 가지고 있다. HTPB와 같은 고체연료는 제작 및 저장, 운송 그리고 장착상의 안정성을 가지고 있으며 하이브리드 로켓의 고체연료로의 산화제의 유입을 제어하면서 추력의 변화와 엔진내부의 연소중단과 재 점화를 용이하게 할 수 있다. 이러한 이유로 인하여 하이브리드 엔진은 좀 더 경제적인 장치로 기대를 모으고 있다. 그러나, 기존의 하이브리드 로켓 엔진은 고체 추진 로켓에 비하여 낮은 연료 regression 율과 연소효율을 가지는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하고 요구되어지는 추력값과 연료유량을 증가시키기 위하여 고체연료의 표면적을 증가시킬 필요가 있다. 기존의 하이브리드 엔진에서는 연료 그레인에 다수의 연소포트를 만들어 표면적을 증가시켰으나 이는 비 활용 공간의 증가와 추진제의 질량 및 체적분율의 상당한 감소를 초래한다. 지난 수십년간에 걸쳐 하이브리드 엔진에서 연료의 regression 특성 및 엔진 성능 향상을 위한 연구가 계속되어 왔으며 최근에 엔진의 체적 규제를 경감시키고 연료의 regression율을 향상시키기 위하여 선회유동을 이용하는 하이브리드 로켓 엔진들이 제안되고 있다. 이러한 선회유동을 가지는 하이브리드 로켓은 고체연료 그레인에 대하여 평행하게 유입되는 기존의 하이브리드 로켓에 비하여 고체연료 벽면에서의 대류열전달이 현저하게 증가하게 되어 아주 높은 고체연료의 regression율을 얻을 수 있는 이점이 있다. 선회유동 하이브리드 로켓의 연소과정은 고체 연료의 열분해과정, 대류 열전달, 난류 혼합, 난류와 화학반응의 상호작용, soot의 생성 및 산화과정, soot 입자 및 연소가스에 의한 복사 열전달, 연소장과 음향장의 상호작용 등의 복잡한 물리적 과정을 포함하고 있다. 이러한 물리적 과정 중 난류연소, 고체연료 벽면 근방에서의 대류 열전달 및 연소과정에서 생성되는 soot 입자로부터의 복사 열전달, 그리고 고체연료 열 분해시 표면반응들은 고체연료의 regression율에 큰 영향을 미친다. 특히 고체연료의 난류화염면의 위치와 폭, 그리고 비 예혼합 난류화염장에서 생성되는 soot의 체적분율의 예측은 난류연소모델, 열전달 모델, 그리고 regression율 모델에 의해 크게 영향을 받기 때문에 수치모델의 예측 능력 향상시키기 위하여 이러한 물리적 과정을 정확히 모델링해야 할 필요가 있다. 특히 vortex hybrid rocket내의 난류연소과정은 아래와 같은 Laminar Flamelet Model에 의해 모델링 하였다. 상세 화학반응 과정을 고려한 혼합분율 공간에서의 화염편의 화학종 및 에너지 보존 방정식은 다음과 같다. 화염편 방정식과 혼합분률과 scalar dissipation rate의 관계식을 이용하여 혼합분률과 scalar dissipation rate에 따른 모든 reactive scalar들을 구하게 된다. 이러한 화염편 방정식들을 mixture fraction space에서 이산화시켜서 얻은 비선형 대수방정식은 TWOPNT(Grcar, 1992)로 계산돼 flamelet Library에 저장되게 된다. 저장된 laminar flamelet library를 이용하여 난류화염장의 열역학 상태량 평균치는 presumed PDF approach에 의해 구해진다. 본 연구에서는 강한 선회유동을 가지는 Hybrid Rocket 연소장내의 난류와 화학반응의 상호작용을 분석하기 위하여 Laminar Flamelet Model, 화학평형모델, 그리고 Eddy Dissipation Model을 이용한 수치해석결과를 체계적으로 비교하였다. 또한 Laminar Flamelet Model과 state-of-art 물리모델들을 이용하여 선회 유동을 갖는 하이브리드 로켓 엔진의 연소 및 Soot 생성 및 산화과정을 살펴보았으며 복사 열전달이 고체 연료 표면의 regression율에 미치는 영향도 살펴보았다. 특히 swirl강도, 산화제의 유입위치 그리고 선회유동의 형성방식이 하이브리드 로켓의 연소특성 및 regression rate에 미치는 영향을 상세히 해석하였다.
Kim, Kyeongsook;Lim, Chunsik;Park, Hyunjoo;Lee, Taewon;Yang, Seungran
Analytical Science and Technology
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v.13
no.2
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pp.166-172
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2000
The life expectation of power transformers is basically dependent on the aging deterioration of insulating paper which can not be obtained from operating transformers. Therefore, it will be very useful if we can manage transformers by indirect analysis of degradation products. "Furan derivatives" are known the decomposition products which are generated by the degradation of cellulose in insulating paper. We proved that 2-furfural is the only measurable product from our transformers, and determined easily the concentration of 2-furfural by HPLC without any specific pretreatments, Compared to concentration of $CO_2$ and CO by GC, the concentration of 2-furfural by HPLC can estimate more accurately aging characteristics of transformers. We expect that these results can be utilized to predict the aging characteristics and life diagnosis of power transformers.
Chung, Jong Kook;Lee, Ki Yong;Lee, Sang Gon;Lee, Eun Mi;Mo, Sun Hee;Lee, Dae Keun;Kim, Seung Gon
Clean Technology
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v.23
no.2
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pp.181-187
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2017
The perfluorocompounds (PFCs) emitted from the semiconductor and display manufacture is treated by abatement systems which use various technologies, such as combustion, thermal, plasma, catalyst. However, it is required that the system should overcome their drawbacks with excess energy consumption and low removal efficiency. The new technology using combination of pressure swing adsorption and excess enthalpy combustion for the reduction of PFCs emissions were developed and analyzed its characteristics. PFCs concentration ratio and PFCs loss factor were calculated from measuring concentration of PFCs at the calculated by comparing concentration of PFCs at the combustor's inlet and outlet. There were performance evaluations with various gas flow for comparing energy consumption and removal efficiency with existing equipments. The concentration ratio and the loss factor of PFCs were 1.65, 8.2%, respectively, when the total gas flow of the pressure swing absorption (PSA) inlet was 204 liter per minute (LPM) and $CF_4$ concentration was 1412 ppm. In comparison with existing system at constant condition, $CF_4$ removal efficiency for a porous media combustion (PMC) showed the improvement more than 16% and the consumed energy was also reduced up to approximately 41%. Then, the total gas flow introduced into PMC and $CF_4$ concentration were 91-LPM and 2335 ppm, respectively, and the destruction and removal efficiency of $CF_4$ was about 96% at 19-LPM $CH_4$, and 40-LPM $O_2$.
Recent years have witnessed the increased usage of flammable metals, such as aluminum or magnesium, in wide range of high-tech industries. These metals are indispensable for the improvement of physical properties of materials as well as the design capability of the final product. During the process, unwanted metal dusts could be released to the environment. This can lead to an occupational health and safety issues. Due to their flammable nature, more serious problem of an explosion can happen in extreme cases. The explosion is the combustion of tiny solid particles and vapor mixture, caused by pyrolysis. This complex composition makes engineering analysis more difficult, compared to simple gas explosions or vapor cloud combustions. The study was conducted to assess this light metal dust explosion in an effort to provide the bases for a risk assessment. Dust explosion characteristics of each material was carefully evaluated and an appropriate analysis tool was developed. A comprehensive database was also constructed and utilized for the calibration of the developed response model and the verification for its accuracy. Subsequently, guidelines were provided to prevent dust explosions that could occur in top-notch industrial processes.
Effects of residual chloride on thermal decomposition behaviour of a-stannic acid and physical properties of $SnO_{2}$ powder were observed. The powder was fabricated by hydroxide method; $\alpha$-stannic acid was precipitated by mixing acqueous solutions of $SnCl_{4}$ and $NH_{4}$OH . The precipitate was washed with $NH_{4}NO_{3}$ solution while washing was controlled to be of three grades to modify its residual chloride content. The precipitate was dried at $1100^{\circ}C$ ~ 24h and calcined in air at $500^{\circ}C$ ~ $1100^{\circ}C$ for one hour. Thermal decomposition behaviour of $\alpha$-stannic acid was examined by a DT-TGA and a FTIR. Chemical composition and physical properties of $SnO_{2}$ powder were observed by an AES, a BET and a TEM, respectively. With a reduction in chloride content, the relative crystallite size of $SnO_{2}$ powder slightly increased by a low-temperature-calcining. However, at a high calcining temperature(T), the reverse relation occured. It was suggested that chloride ion replaces part of lattice oxygen site of a-stannic acid. Also, chloride ion on the site was suggested to retard de-hydration as well as crystalization at a low T while to promote crystal growth of $SnO_{2}$ by forming oxygen vacancy at a high T.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.9
no.1
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pp.39-42
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1999
Nitrogen-doped SiC(3C) (N-SiC(3C)) epliayers were grown on Si(111) substrate at $1250^{\circ}C$ using chemical vapor deposition (CVD) technique by pyrolyzing tetramethylsilane(TMS) in $H_{2}$ carrier gas. SiC(3C) layer was doped using $NH_{3}$ during the CVD growth to be n-type conduction. Physical properties of N-SiC(3C) were investigated by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, X-ray diffraction (XRD) patterns, Raman spectroscopy, cross-sectional transmission electron microscopy (XTEM), Hall measurement, and current-voltage(I-V) characteristcs of the N-SiC(3C)/Si(p) diode. N-SiC(3C) layers exhibited n-type conductivity. The n-type doping of SiC(3C) could be controlled by nitrogen dopant using $NH_{3}$ at low temperature.
Fluorine-doped $SnO_2\;(SnO_2:F)$ films were prepared in ordinary atmosphere on borosilicate glass substrates using pyrosol deposition method starting from the solutions composed of $SnCl_4-5H_2O-NH_4F-CH_3OH-H_2O-HCl$ in an attempt to develop transparent conductors for use in amorphous silicon (a-Si) solar cello. The deposition rate of films increased with the increase in the content of $H_2O$, whereas it decreased with increasing the content of $CH_3OH$. When air was used as the carrier gas, the lowest electrical resistivity was obtained from a solution having $CH_3OH/H_2O$ mol ratio of about $2{\sim}3$ in the solution. The use of $N_2$ of the same flow rate as the carrier gab resulted always in the high resistive films, but the resistivity of the films decreased continuously with the increase in the content of $H_2O$. The surface morphology and preferred orientation of films were also affected by the solvent composition and the content of HCl in the solution. The room-temperature resistance of the films were fairly stable after heat-treatments up to $600^{\circ}C$.
Two different quartz types of gasification reactor were used for pyrolysis and gasification of sawdust, ricestraw, ricehusk and municipal wastes which contain only cellulosics., operating at 1 atmospheric and vacuum pressure respectively. Also a stainless steel autoclave gasification reactor was used which is possible to use up to 100 atmospheric pressures and $800^{\circ}C$ of reaction temperature to complete pyrolysis and gasification reaction. The catalysts used in this reaction w- ere $K_2CO_3$, $Na_2CO_3$, Ni and Ni-$K_2CO_3$ as CO-Catalyst. The product gas mixtures were identified to be CO, $CO_2$, $C_3H_3$, $CH_4$ and $CH_3CHO$ etc. by Gas Chromatography and Mass Spectrometry. The pressurized gasification reaction shows significant increase in terms of methane composition and yield of product gases, comparing with those from unpressurized gasification reactions. The total volume of product gas mixtures amounts to 1600-1800ml per1gof waste of waste lignocellulosics or municipal waste, and the metane content of the gas mixtures reached to 40%, when $800^{\circ}C$ of reaction temperature and 100 atmospheric pressures with Ni-$K_2CO_3$ as CO-catalyst in the pressurized gasification reaction were used. This results show that the product gas mixtures containing 40% of methane call be used for alternative enegy source.
Proceedings of the Korean Institute of Resources Recycling Conference
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2005.10a
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pp.83-96
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2005
PVC is the thermoplastic offering excellent material properties. PVC is used in wide variety of applications, however, it causes environmental problems when it is discarded because of its high chlorine content. Since dechlorination reaction of PVC is taking place relatively low temperature compared to the pyrolysis temperature of plastics, study on the dechlorination reaction has been carried out as a pre-treatment process. Twin screw reactor which shows excellent mixing capabilities is employed. Experimental variables are first and second reactor temperature, PVC content in mixed plastics, viscosity of mixed plastics, feeding rate, rotational speed of the second reactor. Over 90% of dechlorination rate can be obtained under proper operation conditions. Chlorine gas evolved from reactor is absorbed in water and can be recovered as a hydrochloric acid. Analysis had been done on chlorine flows by taking material balance over reactor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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