라이오셀 섬유의 열 안정성과 내산화성을 향상시키기 위하여 $Na_3PO_4$ 수용액으로 내염화 처리를 실시하였다. 다양한 공정조건으로 라이오셀 섬유를 내염화 처리한 후 열 안정성과 내산화성을 측정 및 분석하고 그에 따른 메커니즘을 고찰하였다. 내염화 처리된 라이오셀 섬유의 적분 열분해 온도(integral procedural decomposition temperature, IPDT)와 활성화 에너지(activation energy, $E_a$)값은 각각 약 30, 160%로 향상된 것을 알 수 있었다. 이는 $Na_3PO_4$가 연소 시 에스테르화 반응, 탈수소화 반응 및 C-C 결합의 분해반응으로 char 형성을 촉진하여 섬유 표면에 보호층을 형성하여, 고분자 수지 내부로 산소와 열 공급을 물리적으로 차단하여 열 안정성과 내산화성이 향상된 것으로 판단된다. 이러한 결과를 바탕으로, $Na_3PO_4$ 수용액을 이용하여 열 안정성과 내산화성이 향상된 라이오셀을 제조하였고, 내염화 처리공정의 최적화된 인자 및 메커니즘을 고찰하였다.
그래핀나노플레이트렛(GnP)이 목재기반 복합보드의 열적 및 난연 특성에 미치는 영향을 조사하기 위하여, 5, 10, 및 20 wt% 등 여러 가지 GnP 함량으로 GnP/재활용 페놀폼(re-PF)/목재 복합보드를 제조하였다. 제조된 복합보드의 열적특성 및 난연성은 열중량분석(TGA) 및 한계산소지수(LOI) 시험을 통하여 각각 분석되었다. 복합보드의 열안정성은 GnP 첨가량에 따라 비례하게 증가하였고, 이 복합보드의 탄화수율(char yield)은 순수 목재보드 대비 최대 22%까지 증가하였다. 복합보드의 LOI 값은 순수 목재보드보다 약 4.8~7.8% 높았다. 또한, 재활용 페놀폼 및 GnP 첨가로 인하여 복합보드의 난연성이 크게 향상되었음을 확인하였다. 이는 열안정성이 높은 재활용 페놀폼과 GnP가 복합보드의 열분해 개시 온도를 지연시키고, 탄화층(char layer)을 보다 조밀하고 두껍게 형성하였기 때문에, 복합보드의 연소 지연효과를 이끌었다. 특히 탄소기반 재료로서 GnP는 탄화층의 형성을 용이하게 하고, 탄화수율을 현저히 증가시켜 재활용 페놀폼에 비하여 난연성에 높은 효과를 나타내었다.
By depicting the transfer of heat and combustion reaction to take place within thin gas layers close to the propellant surface burning in a steady-state fashion, a mathematical equation has been deduced to describe the burning rate of solid propellant as a function of initial grain temperature and chamber pressure. It has been also assumed that chemical reaction could take place in premixing-diffusing zone but were carried out mainly in the reaction-flame zone. All these phenomena taken place in each zone of combustion have been assumed to be steady-state. In the present investigation, the equation, γ=$\kappa$$.$(1/R(T(sub)i+C))(sup)n$.$exp(-E(sub)a/R(T(sub)i+C))(P/z) is being presented and it is compared with experimental data. The proposed model has been tested and evaluated vis-a-vis strand burner data for three different propellants based on CTPB, and it has been found that the deviation of the computed burning rates from the measured rates ranged up to 2%.
A constant volume combustion chamber was used to investigate the combustion characteristics. of homogeneous charge of methane-air mixture under various initial pressure, equivalence ratio and ignition times. The constant volume combustion chamber(CVCC) mostly has been studied by the experiments of visualization until now. So it is needed the numerical analysis of fluid and combustion characteristics in chamber by the more detail simulation. In this paper, the numerical analysis is tried to approach basically the homogeneous charge combustion phenomena under the various conditions, and the combustion phenomena in chamber is numerically analyzed by the commercial FIRE code. As a results, the combustion phenomena which were mean temperature, OH radical and reaction rate in chamber were investigated and it showed that the smallest flame growth occurs for the lean state and the increase of initial charged pressure condition due to the reduced OH radical.
Combustion phenomenon in scale-downed combustor is investigated. As the combustor scale decreases surface to volume ratio increases and chamber size approaches quenching distance. As the combustor scales down surface to volume ratio increases resulting increased heat loss. And this heat loss can affect quenching and instability of the flame. To investigate this effect plastic mini combustor is made. Stoichiometricaly premixed Hydrogen / air gas is used as fuel. Initial chamber pressure and chamber size are varied and the effects are evaluated. Peak pressure decreased with the decrease in chamber height. As initial chamber pressure decreases peak pressure decreases and this change is more important than scale down effect till the chamber height of 1mm. With this result and further information following the experiments design parameter for micro engine can be established.
Measurements on the combustion characteristics of dimethyl ether(DME:$CH_3$O$CH_3$) as compared with LPC in constant volume combustion chamber have been conducted. The DME is a good alternative fuel having oxygen component in fuel. To elucidate the combustion characteristics of dimethyl ether as a fuel, the combustion pressures, combustion durations, and pollutants(NOx, $CO_2$, CO) are measured with equivalence ratios(Ø), and initial Pressures of fuel-air mixture. In the case of DME, the NOx concentration peaks in leu flame Ø = 0.85~0.9, and $CO_2$ concentration peaks at Ø=1.1, while the CO concentration abruptly rises at the condition of fuel-rich mixtures.
초소형 정적 연소기의 연소 성능에 대한 실험을 수행하였다. 연소기 형상과 크기의 영향을 알아보기 위해 몇 가지 형태의 연소기를 제작하였다. 연소기는 납작한 원통형 정적 연소기로써 연소기의 지름이 15mm인 경우에 대해서 높이가 1mm, 2mm, 3mm인 것을 제작하였고, 지름의 영향을 알아보기 위해서 연소기의 높이와 지름이 각각 2mm 와 7.5mm 인 것을 제작하였다. 사용된 연료는 당량비 1인 메탄과 공기의 혼합기체와 당량비 1과 2인 수소와 공기 혼합 기체이다 실험을 통하여 연소중의 압력 변화를 측정하였다. 최대 압력은 연소기의 높이와 초기 압력이 증가할수록 증가하였다 화염의 전파를 쉴리렌 방법을 이용하여 가시화를 하였다. 열손실의 영향을 극복하고 화염의 전파가 가능하게 하는 초기 압력을 제시하였다.
Poly(amic acid)(PAA), poly(o-hydroxyamide)(PHA) 및 층상형인 유기화 점토를 블렌딩하여 나노복합재료 필름을 제조하였다. PAA/PHA 나노복합재료들의 모폴로지를 연구하기 위해 XRD, SEM 그리고 TEM을 사용하였으 며 DMA, TGA, UTM, LOI 및 PCFC를 이용하여 나노복합재료들의 기계적, 열적 성질 및 난연성을 조사하였다. 유기화 점토는 PAA/PHA 매트릭스에 잘 분산되어 박리 및 삽입형 모폴로지를 보였다. PAA/PHA 블렌드에 3 wt% 유기 화 점토를 첨가함으로써 PAA/PHA 블렌드의 초기 모듈러스가 약 48% 향상된 3.68 GPa까지 증가하였다. 유기화 점토 함량이 4 wt% 이상에서는 초기 모듈러스와 인장강도가 모두 감소하였는데 이는 PAA/PHA 매트릭스에 대한 유기화 점토의 뭉침 현상 때문인 것으로 유추된다. 유기화 점토의 함량이 3 wt% 이하일 때 PAA/PHA 나노복합재료들의 열 안정성 및 난연 특성들은 유기화 점토의 함량이 증가함에 따라 증가하였다.
The present study was investigated combustion characteristics of methane-air mixtures at stratified charge in a constant volume combustion chamber. The main results obtained from this study can be summarized as follows. In case of ${\phi}_s=1.0$, total burning times greatly affected rather than initial time of pressure increase and maximum combustion pressure. In case of ${\phi}_t=1.0$, initial time of pressure increase and total burning times were affected considerably in comparison with the case of ${\phi}_s=1.0$. Also, even the very lean mixture which total equivalence ratio is ${\phi}_t=0.69$(${\phi}_s=1.0$, ${\phi}_m=0.65$), by changing configuration of the critical passage-hole and using a stratified mixture, it is possible to decrease substantially the initial time of pressure increase. total burning times and NOx concentration without deteriorating combustion characteristics such as maximum combustion pressure, rate of heat release etc. in comparison with the use of single chamber(in case of ${\phi}=1.0$) only. Specifically, our trends were revealed remarkably in the case of Type D which is reduced a flame contact area of sub-chamber side of the passage-hole.
In order to investigate the effect of dimethyl ether (DME) on PAH and soot formation, the fuel has been mixed to the counter-flow diffusion flames of ethylene. Laser-induced incandescence and laser-induced fluorescence techniques were employed to measure relative concentrations of soot volume fraction and polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) concentration, respectively. Results showed that even though pure DME flame produces the minimal amount of PAH and soot, the mixture fuel of DME and ethylene could increase PAH and soot formation, as compared to those of pure ethylene flame. This implies that even though DME has been known to be a clean fuel for soot formation, the mixture fuel of DME and the hydrocarbon fuel could produce enhanced production of soot. Numerical simulation demonstrated that methyl (CH$_{3}$) radical generated by the initial pyrolysis of DME can be contributed to the enhancement of PAH and soot formation, through the formation of propargyl (C$_{3}$H$_{3}$) radical.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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