• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제24권5호
• /
• pp.401-412
• /
• 2013

The paper is to study on the simulation of the micro/macroscale thermo-electrochemical model of a single cell of anode-supported SOFC with direct internal reforming. The coupled heat and mass transport, electrochemical and reforming reactions, and fluid flow were simultaneously simulated based on mass, energy, charge conservation. The micro/macroscale model first calculates the detailed electrochemical and direct internal reforming processes in porous electrodes based on the comprehensive microscale model and then solve the macroscale processes such as heat and mass transport, and fluid flow in SOFCs with assumption of fully-developed flow in gas channel. The simulation results evaluate the overall performance by analyzing distributions of mole fraction, current density, temperature and microstructural design in co/counter flow configurations.

• 공업화학
• /
• 제5권3호
• /
• pp.385-394
• /
• 1994

세공분포가 서로 다른 두 종류(KHT, X-5)의 ${\gamma}$-알루미나 pellet에 아황산가스를 흡착 제거시킬 경우 반응이 진행되면서 각각의 세공벽에 반응생성층이 형성되어 반응속도 상수($K_v$), 세공률(${\varepsilon}_p$), 유효내부 확산계수($D_e$)의 변화와 세공반경이 줄어들어 세공막힘 현상이 일어나게 된다. 이들 영향을 고려하여 세공분포를 이용한 Random pore model로 최적반응온도 $450^{\circ}C$에서 산화구리의 각 담지농도(4, 6, 8, l0 wt%)와 아황산가스의 농도(1000, 2000ppm)에 대한 전환율을 수학적 모델로부터 계산하였다. 산화구리의 담지농도가 증가할수록 세공내의 유효반응 표면적과 세공률의 감소, 내부확산저항의 증가, 미세세공의 세공막힘 현상으로 전환율은 감소하였다. 총괄 전환율은 ${\gamma}$-알루미나 pallet의 표면 국부 전환율에 크게 의존하였으며 산화구리의 담지농도가 낮고 아황산가스의 농도가 클수록 증가하였다. 반응기에 유입되는 아황산가스의 유속은 반응초기 CuO의 전환율에 영향을 주었고 세공분포가 발달하여 세공율이 큰 ${\gamma}$-알루미나 pellet일수록 전환율은 높게 나타났다.

• 한국연소학회:학술대회논문집
• /
• 한국연소학회 2005년도 제31회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
• /
• pp.20-27
• /
• 2005

I consider the structure of steady wave system which is admitted by the continuum equations for materials that undergo phase transformations with exothermic chemical reaction. In particular, the dynamic phase front structures between liquid and gas phases, and solid and liquid phases are computationally investigated. Based on the one-dimensional continuum shock structure analysis, the present approach can estimate the nano-width of waves that are present in combustion. For illustration purpose, n-heptane is used in the evaporation and condensation analysis and HMX is used in the melting and freezing analysis of energetic materials of interest. On-going effort includes extension of this idea to include broad range of liquid and solid fuels, such as rocket propellants.

• 한국연소학회지
• /
• 제9권3호
• /
• pp.1-9
• /
• 2004

This study is aimed to characterize the combustion behavior of solid fuel in the various types of the combustors: stoker, rotary kiln and fluidized bed type combustors. Three different types of reduced-scale combustors are introduced, and temperatures and flue gas compositions are measured for various fuel sizes, water contents, initial temperature, and air flow rates. In case of the rotary kiln combustor, effects of rotating speed of the combustor are also investigated. Mean carbon conversion time (MCCT) and flame propagation rate (FPR) are used for the quantitative analysis. It is revealed that the reaction rates of the fuel are significantly influenced by the fuel characteristics, type of the combustors and air flow rate. Major design parameters for each type of the combustors are summarized through the reduced-scaled model analysis.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제50권3호
• /
• pp.516-521
• /
• 2012

본 연구는 연소기체로부터 $CO_2$ 기체를 포집하는 기포 유동층 흡착 및 재생 반응기 공정의 주요 운전변수의 영향을 조사하기 위해서 단순화된 공정모델을 개발하였다. 반응속도와 반응기에서 고체입자의 평균체류시간을 이용하여 흡착탑과 재생탑에서 각 반응 전환율을 계산하였다. 실험실 규모 기포 유동층 공정에 적용하여 $CO_2$ 포집효율에 대한 온도, 기체유속, 고체순환속도, 연소기체 중 수분농도의 영향을 조사하였다. $CO_2$ 포집효율은 흡착탑의 온도 혹은 유속이 증가함에 따라서 감소하였다. 그러나 연소기체의 수분농도 혹은 재생탑의 온도가 증가함에 따라서 증가하였다. 계산된 $CO_2$ 포집효율은 측정값과 잘 일치하였다. 그러나 본 모델은 $CO_2$ 포집효율에 대한 고체순환속도의 영향과 잘 일치하지 않았다. 이의 해석을 위해서는 기체-고체 접촉효율에 대한 이해가 더 필요하였다.

• The Korean Journal of Ceramics
• /
• 제4권3호
• /
• pp.254-259
• /
• 1998

A kinetic model predicting the oxidation of carbon fiber reinforced glass matrix composites has been described. The weight loss of composites during oxidation implied that a gasification of carbon fiber takes place and the transport of reactants $(O_2)$ or product (CO or $CO_3$) in the glass matrix was partially the rate controlling step. The kinetic model in this study was based on the work of Sohn and Szekely which may be regarded as a generalization of numerous models in the gas-solid reaction system. A comparison of this model with experimental data is also presented.

• 에너지공학
• /
• 제23권1호
• /
• pp.58-66
• /
• 2014

저등급탄인 내몽골 갈탄의 촉매가스화반응을 수행하였다. 가스화반응은 열중량분석기(TGA)에서 반응온도 $600{\sim}900^{\circ}C$ 범위에서 이산화탄소를 반응가스로 하여 실행하였다. 공정설계에 필수적인 반응 인자들을 도출하기 위하여 세가지의 기-고체 반응모델을 사용하였으며 그 모델들이 가스화반응의 거동을 예측하는 능력을 비교하였다. 사용된 모델 중에서 modified volumetric reaction model이 촉매, 비촉매 가스화반응의 거동을 가장 잘 묘사하였다. 이론적 모델인 homogeneous model과 shrinking-core model은 비촉매반응과 $FeSO_4$를 촉매로 한 반응을 비교적 잘 표현하였다. 알칼리금속 촉매를 사용할 경우, 촉매의 활성은 $600^{\circ}C$ 낮은 온도에서 가장 크게 나타났으며 온도가 $700^{\circ}C$로 증가하면 촉매활성이 약 50% 감소하는 것이 관찰되었다. 온도가 더 증가하여 $800^{\circ}C$ 이상에서는 촉매활성은 일정해졌다. 본 연구에서 촉매의 활성 순서는 다음과 같이 얻어졌다: $K_2CO_3$ > $Na_2CO_3$ > $K_2SO_4$ > $FeSO_4$.

• Journal of Welding and Joining
• /
• 제16권2호
• /
• pp.93-99
• /
• 1998

The effects of welding conditions of gas metal arc welding on the elements loss of solid wire, oxygen content and impact toughness of weld metals were studied. Deoxidizing elements loss was increased with increase of arc voltage in both short-circuit transfer mode and globular transfer mode. It is believed that increase of arc voltage results in increase of reaction time between elements in the droplet and surrounding gas at the end of wire and in the arc column. Based on the thermodynamic equilibrium model, the oxygen content of weld metal can be predicted with the content of silicon and manganese as following : [%O] = $K([%Si][%Mn])^{-0.25}$, K = -15518/T+6.01. The equilibrium temperature was dependent on shielding gas, and it was 187$0^{\circ}C$ for $CO_2$ gas and 180$0^{\circ}C$ for 20%$CO_2$-80%Ar gas. The oxygen content of weld metal which shows maximum impact toughness was varied with deoxidizing alloy system of wires, 0.041 wt% for Si-Mn type wire and 0.026 wt% for Si-Mn-Ti type wire.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제53권5호
• /
• pp.653-662
• /
• 2015

일반적으로 가스화는 고온($1300{\sim}1400^{\circ}C$), 고압(30~40 bar)에서 공정이 가동되나 이를 유지하기 위해 과도한 에너지가 사용된다. 본 연구에서는 공정 온도를 줄이기 위해 알칼리 촉매 중 $K_2CO_3$과 $Na_2CO_3$을 저등급의 사이프러스(Cyprus) 탄에 첨가하였고, 이산화탄소 분위기에서 가스화시켰을 때 나타나는 반응특성을 연구하였다. 열중량분석기를 활용하여 촉매의 함량, 촉매의 종류, 온도를 변수로서 가스화 공정조건을 결정하였다. 고체상 물리적 혼합법으로 촉매를 도입 시, 7 wt%의 $Na_2CO_3$가 첨가된 시료가 원탄보다 높은 활성을 보였다. 탄소전환율 거동을 예측하기 위해 시료별로 반응모델을 적용해본 결과, volumetric reaction model(VRM)이 탄소전환율 거동을 가장 잘 묘사하였다. 7 wt%의 $Na_2CO_3$을 첨가한 사이프러스 탄의 활성화 에너지는 63 kJ/mol로 원탄보다 낮으며, 이는 이산화탄소 분위기에서 석탄가스화의 반응성을 향상시킨다는 것을 보여주었다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제58권4호
• /
• pp.651-657
• /
• 2020

고체 입자들이 유체처럼 움직이는 유동층 공정은 에너지 전환 공정뿐만 아니라 범용 고분자 수지의 생산 공정에도 이용되고 있다. 범용 고분자 수지 중의 하나인 LLDPE(Linear low density polyethylene)도 기포 유동층 공정을 통해 전세계에서 생산되고 있다. 입자 크기에 비해 밀도가 낮은 LLDPE 입자들은 고분자 중합 반응을 위해 공급되는 수소에 의해서 유동화된다. 그러나 LLDPE 생산 공정은 기포유동층 공정임에도 불구하고 발생한 슬러그로 인하여 반응에 영향을 끼쳐 공정의 효율 저하를 불러올 수 있다. 이에 본 연구에서는 상용 고분자 반응기를 모사한 pilot 규모의 고분자 합성 반응기(0.38 m l.D., 4.4 m High)와 동일한 시뮬레이션 모델을 구축하여 LLDPE 입자의 유동화 상태를 고찰하였다. 특히 기체 유속(0.45-1.2 m/s), 고체 입자 밀도(900-1900 kg/㎥), 입자 구형도(0.5-1.0), 입자 크기(120-1230 ㎛)의 변화에 따른 슬러그 특성을 세밀하게 고찰하기 위하여 전산입자유체해석(Computational particle-fluid dynamics, CPFD)을 이용하였다. CPFD를 통해서 일부 실험자들만 고찰할 수 있었던 flat slug의 발생을 시각적으로 구현하였으며 밀도, 구형도, 크기 등의 고체의 물리적 특성을 변화시킴에 따라 슬러그 발생을 저감시킬 수 있음을 확인하였다.