극초음속 비행체용 능동냉각시스템의 전체적인 운용 성능을 결정하는 주요 요소는 크게 탄화수소흡열연료, 재생냉각 채널, 시스템 소재 및 구조로 구분되며, 그 중에서도 효율적인 재생냉각시스템 개발을 위한 일련의 연구는 탄화수소 항공유의 흡열반응 성능 향상으로부터 시작된다. 따라서 이전 연구에서는 탄화수소 항공유 자체의 흡열분해 특성에 대한 광범위한 연구 동향을 정리하였으며, 본 연구에서는 그에 대한 후속 연구로서 효과적인 흡열분해 특성 개선 및 성능 향상 방안으로 다양하게 시도되고 있는 촉매 분해와 수증기 개질 연구들에 대한 세부기술 분석을 수행하였다.
Heavy hydrocarbon reforming is a core technology for "Dirty energy smart". Heavy hydrocarbons are components of fossil fuels, biomass, coke oven gas and etc. Heavy hydrocarbon reforming converts the fuels into $H_2$-rich syngas. And then $H_2$-rich syngas is used for the production of electricity, synthetic fuels and petrochemicals. Energy can be used efficiently and obtained from various sources by using $H_2$-rich syngas from heavy hydrocarbon reforming. Especially, the key point of "Dirty energy smart" is using "dirty fuel" which is wasted in an inefficient way. New energy conversion laboratory of KAIST has been researched diesel reforming for solid oxide fuel cell (SOFC) as a part of "Dirty energy smart". Diesel is heavy hydrocarbon fuels which has higher carbon number than natural gas, kerosene and gasoline. Diesel reforming has difficulties due to the evaporation of fuels and coke formation. Nevertheless, diesel reforming technology is directly applied to "Dirty fuel" because diesel has the similar chemical properties with "Dirty fuel". On the other hand, SOFC has advantages on high efficiency and wasted heat recovery. Nippon oil Co. of Japan recently commercializes 700We class SOFC system using city gas. Considering the market situation, the development of diesel reformer has a great ripple effect. SOFC system can be applied to auxiliary power unit and distributed power generation. In addition, "Dirty energy smart" can be realized by applying diesel reforming technology to "Dirty fuel". As well as material developments, multidirectional approaches are required to reform heavy hydrocarbon fuels and use $H_2$-rich gas in SOFC. Gd doped ceria (CGO, $Ce_{1-x}Gd_xO_{2-y}$) has been researched for not only electrolyte materials but also catalysts supports. In addition, catalysts infiltrated electrode over porous $La_{0.8}Sr_{0.2}Ga_{0.8}Mg_{0.2}O_3-{\delta}$ and catalyst deposition at three phase boundary are being investigated to improve the performance of SOFC. On the other hand, nozzle for diesel atomization and post-reforming for light-hydrocarbons removal are examples of solving material problems in multidirectional approaches. Likewise, multidirectional approaches are necessary to realize "Dirty energy smart" like reforming "Dirty fuel" for SOFC.
Liquid hydrocarbon fuels are gathering increasing attention as candidates for a scramjet engine fuel. Experimental researches on supersonic combustion of kerosene have been conducted in model scramjet combustors. Through these works, understanding of combustion characteristics of kerosene have been revealed on some level, and so we decided to work on other kinds of liquid hydrocarbon fuels in order to explore effects of fuel properties on supersonic combustion performances, especially self-ignition and flame-holding. In addition, comparing the results of new fuels with kerosene, the relationship between fuel properties and supersonic combustion characteristics was discussed.
Reduced chemical kinetics mechanism has been derived, which can be applicable for autoignition model of hydrocarbon fuels, and contains 23 reactions and 18 species. The present model is validated with the experimental data, where the ignition delays of several hydrocarbon fuels, such as n-heptane, i-octane, n-decane and DME(dimethylether) are measured as equivalence ratios are varied. Especially, the effects of different fuels on ignition delays can be explained by changing the rate constants of three reactions among the present model. As a result, the proposed model can be applicable to two stage ignition model of Diesel combustion.
Recently, our world is faced with very serious and hard problems related to the air pollution due to the exhaust emissions of the diesel engine. So, lots of researchers have studied to reduce the exhaust emissions with various methods of diesel engine that influenced the environment strong. In this paper, the quantities of the low and high hydrocarbon among the exhaust emissions in diesel engine have been investigated by the quantitative analysis of the hydrocarbon $C_1{\sim}C_6$ using the gas chromatography. This study carried out by comparing the chromatogram with diesel fuel and three kinds of mixed fuels. One is the diesel fuel blended DGM(diethylene glycol dimethyl ether) 5%. Another is the diesel fuel blended DEE(diethyl ether) 25% and DMC(dimethyl carbonate) 10%. The results of this study show that the hydrocarbon $C_1{\sim}C_6$ among the exhaust emissions of the mixed fuels are exhausted lower than those of the diesel fuel at the all load and speed.
This study presents a prediction methodology of thermodynamic properties by using RK-PR Equation of State in a wide range of temperature and pressure conditions including both sub-critical and super-critical regions, in order to obtain thermophysical properties for hydrocarbon aviation fuels and their products resulting from endothermic reactions. The density and the constant pressure specific heat are predicted in the temperature range from 300 to 1000 K and the pressure from 0.1 to 5.0 MPa, which includes all of the liquid and gas phases and the super-critical region of three representative hydrocarbon fuels, and then compared with those data obtained from the NIST database. Results show that the averaged relative deviations of both predicted density and constant pressure specific heat are below 5% in the specified temperature and pressure conditions, and the major sources of the errors are observed near the saturation line and the critical point of each fuel.
극초음속 순항 비행체에 탑재되어 운용 가능한 능동냉각시스템을 개발하기 위해서는 탄화수소 액체연료의 흡열반응을 이용한 재생냉각 기술에 대한 일련의 연구가 선행되어야 하며, 그 중에서도 광범위한 온도/압력 조건에서의 탄화수소 항공유에 대한 열물리적 물성치 획득과 함께 재생냉각시스템용 미세채널 내에서의 초임계 탄화수소의 유동/열전달/흡열분해 특성 등에 대한 연구가 필수적이다. 이에 따라 본 연구에서는 최근 전세계적으로 수행되고 있는 효율적인 극초음속 비행체용 재생냉각시스템 개발을 위한 초임계 탄화수소 항공유의 냉각채널 내에서의 물성치/유동/열전달/흡열분해 특성에 관한 다양한 기술 및 그와 관련된 주요 연구 동향을 분석하였다.
Kim, Hye Rim;Razzaq, Abdul;Heo, Hyo Jung;In, Su-Il
Rapid Communication in Photoscience
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제2권2호
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pp.64-66
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2013
Photoreduction of $CO_2$ into hydrocarbon fuels on the surface of photocatalyst is one of the breakthroughs in the field of photocatalysis. At present various approaches have been investigated with the aim of increasing the $CO_2$ conversion efficiency. The reactor for photoconversion of $CO_2$ plays a vital role in experimental setup. In this work an attempt was made to testify a newly designed the photoreactor for conversion of $CO_2$ into useful products. The photoreactor was specifically designed for simple operation bearing features of temperature and pressure control. The reactor has been tested successively with the standard titania, Degussa P25 yielding methane with moderate production rate of 30.8 $ppm{\cdot}g^{-1}{\cdot}h^{-1}$ under UV lamp with 365 nm wavelength. The methane yield obtained is comparable to the values reported in literature. Thus we anticipate that this experimental setup equipped with newly designed photoreactor can yield competitive amounts of fuels from $CO_2$ photoredcution via 365 nm UV light illumination on various photocatalysts.
Using gas chromatography, the light hydrocarbon emissions were analyzed from SI engine fueled with methane and liquified petroleum gas(LPG), and the effects of fuel and engine operating condition were discussed. For this purpose, 14 species of light hydrocarbon including 1, 3-butadiene were separated, calibrated with standard gas, and measured from undiluted emissions. The brake specific hydrocarbon emission(BSHC) and ozone forming potential(BSO)3 were calculated and discussed with the changes of fuel, engine speed, load, fuel/air equivalence ratio, coolant temperature, and spark timing. As a result, exhaust emission was composed of mainly fuel composed of mainly fuel comp- onent and other olefin components of similar carbon number. The olefin components such as ethylene and propylene determine most of the ozone forming potential. The fraction of fuel component in total hydrocarbon emission was bigger with methane fuel than with LPG fuel. Also fuel fraction increased at high speed or high speed or high temperature of exhaust gas, and to lesser extent with high coolant temperature and retarded spark. However, the effect of equivalence ratio had different tendency according to fuels.
Complete mixture preparation of reactants prior to catalytic reforming is an enormously important step for successful operation of a fuel reformer. Incomplete mixing between fuel and reforming agents such as air and steam can cause temperature overshoot and deposit formation which can lead the failure of operation. For that purpose it is required to apply computational models describing coupled kinetics and transport phenomena in the mixing region, which are computationally expensive. Therefore, it is advantageous to analyze the gas-phase reaction kinetics prior to application of the coupled model. This study suggests one of the important design constraints, the required residence time in the mixing chamber to avoid substantial gas-phase reactions which can lead serious deposit formation on the downstream catalyst. The reactivity of various gaseous and liquid fuels were compared, then liquid fuels are far more reactive than gaseous fuels. n-Octane was used as a surrogate among the various hydrocarbons, which is one of the traditional liquid fuel surrogates. The conversion was slighted effected by reactants composition described by O/C and S/C. Finally, threshold residence times in the mixing region of a hydrocarbon reformer were studied and the mixing chamber is required to be designed to make complete mixture of reactants by tens of milliseconds at the temperature lower than $400^{\circ}C$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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