• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.34 no.7
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• pp.679-688
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• 2010

The major objective of the present study is to extend the applications of inverse analysis to more realistic engineering fields with a complex combustion process rather than the traditional simple heat-transfer problems. In order to do this, the unknown initial mass fractions of $CH_4/O_2$ are estimated from the temperature measurement data by inverse analysis in the practical diffusion-controlled turbulent combustion problem. In order to ensure efficient inverse analysis, the repulsive particle swarm optimization (RPSO) method, which belongs to the class of stochastic evolutionary global optimization methods, is implemented as an inverse solver. Based on this study, it is expected that useful information can be obtained when inverse analysis is used in the diagnosis, design, or optimization of real combustion systems involving unknown parameters.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.34 no.6
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• pp.629-634
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• 2010

Natural gas is a promising alternative fuel that can be used to satisfy the strict engine emission regulations in many countries. To develop natural-gas engines, low emission, efficient fuel consumption, and increased power ratings have to be realized. In this study, a cylindrical constant-volume combustion chamber (CVCC) was used to investigate natural-gas combustion characteristics for different prechamber design parameters and equivalence ratios. In particular, the maximum combustion pressure and mass fraction of the burned gas were evaluated by considering orifice diameter, volume ratio of prechamber and equivalence ratio. Using this result and by analyzing the changes in combustion characteristics with variations in design parameters, the optimum prechamber parameters were determined.

• Fire Science and Engineering
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• v.31 no.5
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• pp.12-18
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• 2017

The present study has been conducted to predict the mass burning flux of methanol pool fire using liquid vaporization model in FDS and examine the effect of thermal properties of liquid fuel such as radiative fraction and mean absorption coefficient. A series of calculation for the pool diameter of 5 cm to 200 cm were performed and the size of computational domain was determined by the scale of the pool diameter. The reference grid size was determined by the grid sensitivity analysis and the computational grids consisted of approximately 750,000 cells. For the methanol pool fire, the mass burning flux predicted by liquid vaporization model of FDS followed the trend of transient characteristics as a function of pool diameter and showed good agreement within measurement uncertainty range of previous studies. The mass burning flux increased with increasing the radiative fraction and the mean absorption coefficient greatly affected on relatively small pool diameter.

• Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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• v.11 no.3
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• pp.48-57
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• 2003

A cylindrical constant volume combustion chamber was used to investigate the flow characteristics at spark plug and the combustion characteristics of homogeneous charge methane-air mixture under various initial pressure, excess air ratio and ignition times in quiescent mixture. The flow characteristics such as mean velocity and turbulence intensity was analyzed by hot wire anemometer. Combustion pressure development measured by piezoelectric pressure transducer and flame propagation acquired by ICCD camera were used to investigate the effect of initial pressure, excess air ratio and ignition times on pressure, combustion duration, flame speed and burning velocity. Mean velocity and turbulence intensity had the maximum value at 200 or 300ms and then decreased to near 0 value gradually after 3 seconds. Combustion duration, flame speed and burning velocity were observed to be promoted with excess air ratio of 1.1, lower initial pressure and ignition time of 300ms.

• Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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• v.11 no.4
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• pp.29-36
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• 2003

A cylindrical constant volume combustion chamber was used to investigate the flow characteristics at spark plug and the combustion characteristics of inhomogeneous charge methane-air mixture under several parameters. The flow characteristics such as mean velocity and turbulence intensity was analyzed by hot wire anemometer. Combustion pressure development measured by piezoelectric pressure transducer was used to investigate the effect of initial charge pressure, excess air ratio and ignition times on combustion pressure and combustion duration. Mean velocity and turbulence intensity had the maximum value at 200 or 300ms and then decreased to beneath 0.05m/s gradually at 3 seconds. Second mixture is accompanied by an increase in the combustion rate, and that the higher the mass which is added in the second stage injection, the faster the burn rate.

• Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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• v.18 no.3
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• pp.26-36
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• 2010

This paper provides a description of the combustion model to obtain an accurate dynamic engine phenomena that satisfies real-time simulation for model-based engine control. The combustion chamber is modeled as a storage device for mass and energy. The combustion process is modeled in terms of a two-zone model for the burned and unburned gas fractions. The mass fraction burnt is modeled in terms of a Wiebe function. The instantaneous net engine torque is calculated from the engine speed and the instantaneous piston work. The modeling accuracy has been tested with a cylinder pressure data on a test bench and also the ability of real-time simulation has been checked. The results show that combustion model yields sufficiently good performance for the model-based control logic design. However the influence factors effected on model accuracy are some room for improvement.

• Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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• 2003.10a
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• pp.242-247
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• 2003

An experimental study presents characteristics of combustion in a combustion chamber by port deactivation valve for economy and emissions standards. In order to use combustion properties data it is necessary to build some data base, which use cylinder pressure sensor, etc. Port deactivation valve has been developed to satisfy requirement of achieving sufficient swirl generation to improve the combustion. A feasibility and necessity of combustion pressure based cylinder spark timing control has been examined. So, this was obtained the Coefficient of Variation(COV) and the mass-burned(MFB). The characteristics of pressure ratio fraction is similar to that of mass-burned fraction. Using the results of the test, the effects of the combustion chamber can be improved combustion stability by port deactivation.

• Journal of Power System Engineering
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• v.16 no.5
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• pp.5-12
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• 2012

희박예혼합기의 급속연소에 관한 연구를 위하여 2-실린더 가솔린 엔진을 부실 타입의 압축천연가스(CNG) 분사 엔진으로 개조하였다. 본 연구에서는 부실의 최적설계에 관심을 두고 두 종류의 부실을 적용하여 실험을 실시하였고, 부실의 체적과 홀 개수는 1.5cc와 6개로 각각 동일하게 하고, 홀 직경을 0.8mm 및 1.1mm로 달리하였다. CNG연료는 포트연료분사(Port fuel injection; PFI)와 부실분사(Sub-chamber injection; SCI)에 의해 엔진에 독립적으로 공급되고, 그 실험결과로 구한 연소압력, 평균유효압력(IMEP), 질량연소분율과 사이클변동계수(COV) 등을 서로 비교하였다. 본 연구의 대표적 실험연구결과로서 PFI 타입의 엔진연소특성은 희박예혼합기의 경우를 제외하고 모든 조건에 있어서 기존의 가솔린 엔진과 비슷하였고, SCI 타입의 엔진연소특성으로 평균유효압력은 부실 내에 불완전 예혼합기형성으로 PFI 타입보다 낮았으며, COV는 SCI 타입이 희박가연한계가 확대됨으로 인하여, 특히 높은 공기과잉률 범위에서 PFI 타입과 비교해 보다 좋은 결과를 나타내었다.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 2014.11a
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• pp.337-338
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• 2014

In this study, a method of using a capacitance sensor was investigated as a means to measure the mass fraction of a type of harmful substance. Using MEMS process, we developed a capacitance sensor and studied the real time mass fraction with harmful substance mixture liquid.

• 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.