• Ocean Systems Engineering
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• 제13권4호
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• pp.367-384
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• 2023

Herein, we present the design and development of an efficient finite element analysis model for thermal plate forming in shipbuilding. Double curvature shells in the ship building industries are primarily formed through the thermal forming technique. Thermal forming involves heating of steel plates using heat sources like oxy-acetylene gas torch, laser, and induction heating, etc. The differential expansion and contraction across the plate thickness cause plastic deformation and bending of plates. Thermal forming is a complex forming technique as the plastic deformation and bending depends on many factors such as peak temperature, heating and cooling rate, depth of heated zone and many other secondary factors. In this work, we develop an efficient finite element analysis model for the thermo-mechanical analysis of thermal forming. Different simulations are reported to study the effect of various parameters affecting the process. Temperature dependent properties are used in the analysis and the finite element analysis model is used to identify the critical flame velocity to avoid recrystallization of plate material. A spring connected plate is modeled for structural analysis using spring elements and that helps in identifying the resultant shapes of various thermal forming patterns. Finally, detailed simulation results are reported to establish the efficacy, applicability and efficiency of the designed and developed finite element analysis model.

• 한국안전학회지
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• 제14권3호
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• pp.40-47
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• 1999

A numerical study on gaseous explosion was carried out to predict the transient pressure behavior with the partial rupture in confined vessels. Equations, assumptions and solutions for central ignition of premixed gases in closed spherical vessels are proposed with various equivalence ratios of gas fuel, as $CH_4$ and $C_3H_8$, vent areas and vent opening pressures. Given vent opening pressure in a vessel, the magnitude of second peak pressure results from the vent areas and burning velocity, varied by equivalence ratio of gas fuel. In a living room of an apartment, the higher second peak pressure than the vent pressure is not appeared due to its large window areas. As vent opening pressure is higher, the larger damage by gaseous explosion is expected and the larger vent area is necessary for relieving the damage. In the same concentration, the gaseous explosion by propane rather than methane shows the larger damage due to its higher adiabatic flame temperature and equivalence ratio.

• 한국안전학회지
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• 제24권6호
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• pp.63-71
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• 2009

In order to improve flame retardancy, the halogen free organic melamine phosphate(M-P) flame retardant was synthesized from melamine and phosphoric acid by the reaction of precipitation. The ignition test was carried out preparing hybrid flame retardant compound($H_bFRC$) consisting of organic M-P and inorganic Mg$(OH)_2$ as a flame retardant in the polyolefin resins. The flame retardancy and mechanical properties of flame retardant aluminum composite panel($H_bFRC$-ACP) were performed to investigate the possibility of the composite material, which was contained M-P, as a inner core for $H_bFRC$-ACP. For this study, the results of ignition test indicate that a char formation and drip suppressing effect, and combustion time reduced as the content of M-P increased. The limited oxygen index(LOI) values were measured 17.4vol% and 31.5vol% for LDPE only and $H_bFRC$-3(M-P content: 15wt%), respectively. And it was verified that the $H_bFRC$-3 was needed more oxygen quantity with the increase of M-P content when it combustion. Also, the results from thermogravimetric analysis were observed endothermic peak at $350^{\circ}C$ and $550^{\circ}C$, it was confirmed predominant thermal stability though the wide temperature range by the mixture of M-P and Mg$(OH)_2$. The LDPE-ACP (using only LDPE as a inner core), $35.13kW/m^2$ of heat release rate(HRR) and 13.43MJ/m2 of total heat release(THR) were measured while the $H_bFRC$-ACP, $10.44kW/m^2$ of HRR and 1.84MJ/m2 of THR were measured by results of cone calorimeter test. In case of $H_bFRC$-ACP, the average gas emission amount of CO and $CO_2$ could be decreased down to 25% and 20%, respectively, in comparison with LDPE-ACP. The mechanical properties such as tensile strength, bending strength and adhesion strength of $H_bFRC$-ACP were revealed slightly high values $54N/mm^2$, $152N/mm^2$ and 120N/25mm, respectively, compared with LDPE-ACP. It was confirmed that flame retardancy was improved with the synergy effect because of char formation by M-P and hydrolysis by Mg$(OH)_2$. The result of this study suggest that $H_bFRC$ can be applied for an adequate halogen free flame retardant composite material as a inner core for ACP.

• International Journal of Automotive Technology
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• 제6권5호
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• pp.445-451
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• 2005

Most of the pollutants from passenger cars are emitted during the cold-transient phase of the FTP-75 test. In order to reduce the exhaust emissions during the cold-transient period, it is essential to warm up the catalyst as fast as possible after the engine starts, and the Unburned Exhaust Gas Ignition (UEGI) technology was developed through our previous studies to help close-coupled catalytic converters (CCC) reach the light-off temperature within a few seconds after cold-start. The UEGI system operates by igniting the unburned exhaust mixture by glow plugs installed upstream of the catalyst. The flame generates a high amount of heat, and if the heat is concentrated on a specific area of monolith surface, then thermal crack or failure of the monolith could occur. Therefore, it is very important to monitor the temperature distribution in the CCC during the UEGI operation, so the local temperatures in the monolith were measured using thermocouples. Experimental results showed that the temperature of CCC rises faster with the UEGI technology, and the CCC reaches the light-off temperature earlier than the baseline case. Under the conditions tested, the light-off time of the baseline case was 62 seconds, compared with 33 seconds for the UEGI case. The peak temperature is well under the thermal melting condition, and temperature distribution is not so severe as to consider thermal stress. It is noted that the UEGI technology is an effective method to warm up the catalyst with a small amount of thermal stress during the cold start period.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제27권4호
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• pp.41-46
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• 2013

본 연구는 가구류를 구성하는 주요 재료의 열적조건에 따른 반응특성과 화염전파해석에 필요한 열해리 물성을 제공하기 위해 열중량분석을 수행하였다. 실험대상 시편은 가구류에 널리 적용되는 MDF 판재와 코팅재, 합성피혁과 쿠션재 등이며 가열율 $10^{\circ}C/min$, 최대 온도 $600^{\circ}C$까지 실험을 수행하였다. 실험결과 MDF 소재의 경우 $324^{\circ}C$에서 피크 반응을 나타냈었으며 MDF 코팅재의 경우 초기 피크반응온도가 $270{\sim}280^{\circ}C$로 감소하였다. 합성피혁과 폼 소재의 경우 재료를 구성하는 폴리머의 종류에 따라 기준온도와 기준 반응율이 차이를 보였으나 기준온도는 $270^{\circ}C$와 $420^{\circ}C$ 정도로 비교적 유사한 경향을 나타냈다. Lyon 등이 제시한 방법에 의해 반응상수와 활성화 에너지를 산정하기 위해 시편의 기준 온도와 기준 반응율을 제시하였으며 이러한 기초 물성연구를 통해 화염전파특성을 이해함과 동시에 화재해석의 신뢰성을 향상시키는데 기여하고자 한다.

• 한국연소학회지
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• 제13권3호
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• pp.24-32
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• 2008

Steady Laminar Flamelet Model (SLFM) calculation is performed to compare the turbulent combustion characteristics of air combustion and oxy-combustion with $CO_2$ recirculation. Radiative heat loss is considered by the optically thin limit assumption. For more realistic simulation the first-order conditional moment closure(CMC) model is applied to SANDIA PILOTED FLAME D again for the oxidants of air and mixture of $O_2$ and $CO_2$. The chemical kinetic machanism for methane is GRI Mech 3.0. Results show that oxy flames are much more stable than air flames, while comparable stability is maintained with 65% $CO_2$ recirculation. The comparable peak temperature is maintained with 80% $CO_2$ recirculation. Higher the temperature, higher the fractions of intermediate species, CO and OH, due to dissociation.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제13권1호
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• pp.37-47
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• 1999

부유중인 분진의 화재 및 용기 또는 파이프의 미세한 균열에서 비산되는 가연성 액체의 분무화재의 위험성은 착화후의 고속 확산과 높은 열방출율로 인하여 매우 높은 것으로 알려졌다. 이에 대한 연구는 주로 실험적으로나 또는 거시적인 관점의 해석으로 제한되어 왔다. 본 연구는 미시적인 관점의 해석으로서 분진 및 분무를 가연성 미세 액적으로 가정하여 그의 증발과 착화에 대하여 연구하였다. 첫 단계로서 일열의 액적 배열을 계산영역으로 하여, 비정상 이차원 보존방정식들을 적용하였다. 수치해석은 일반화된 비직교 좌표계를 사용하였고, 화학반응은 Arrhenius의 법칙에 의하여 반응속도가 제어되는 일단계 반응을 고려하였다. 계산결과는 액적 주위의 온도와 반응물질의 농도분포를 시간에 따라 보여준다. 주위의 산소가 증발하는 액적의 연료와 섞이기 시작하고 착화 조건에 다다르면, 급격한 발열반응이 예혼합된 가스로부터 일어나기 시작한다. 최대온도 영역은 점차적으로 액적 표면으로 이동하며 최대온도는 착화이후 급격히 상승한다. 연료와 산소의 농도는 최대온도 영역 근처에서 최소값을 보인다. 따라서 착화순간에는 예혼합연소의 양상을 띠는 것으로 나타났다. 이후에는 예혼합 가스의 소멸로 확산연소의 양상을 띠게 된다. 액적간의 거리는 중요한 요소로서 멀리 떨어져 있는 경우부터 액적간의 거리가 가까워지면 착화지연 시간이 줄여들어 착화가 빨리 일어나는 것으로 관찰되었다. 또한 착화 후에는 최대온도 영역이 일열의 중심선으로부터 멀어지는 것으로 나타났는데 이것은 중심부근의 산소가 먼저 소모되고 외부로부터의 산소공급도 화염에 의해 차단되어 나타나는 현상이다. 이번 연구로 미세적인 착화현상에 대한 이해를 높이게 되었고 추후 복잡한 배열에 대한 연구도 가능할 것이다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제30권4호
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• pp.65-72
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• 2016

이 연구는 비스-(디메틸아미노메틸) 포스핀산(DMDAP), 비스-(디에틸아미노메틸) 포스핀산(DEDAP) 과 비스-(디부틸아미노메틸) 포스핀산(DBDAP)으로 처리된 리기다소나무의 연소 독성 가스의 생성에 관하여 조사하였다. 리기다소나무는 15 wt.% 방염제 수용액으로 3번 붓칠 한 후 상온에서 건조하였다. 연소 독성 기체의 생성물은 콘칼로리미터(ISO 5660-1)를 사용하여 조사하였다. 화학 첨가제로 처리된 첫 번째 피크 질량손실속도($1^{st}-TMLR_{peak}$) 시간은 처리하지 않은 시편과 비교하여 5.9%와 41.2% 범위에서 감소되었다. 두 번째 피크 질량손실속도($2^{nd}-TMLR_{peak}$) 시간은 DMDAP에 대해서 1.8%, DBDAP에 대해서 5.3% 감소하였고 DEDAP에 대하여 1.8% 증가하였다. 피크 일산화탄소 생성농도($CO_{peak}$)는 처리되지 않은 시편보다 1.5~2.0배 더 높았다. 피크 이산화탄소 생성 농도($CO_{2peak}$)는 처리되지 않은 시편과 비교하여 DMDAP에 대해 0.01배 감소되었고 DEDAP에 대해 1.15배, DBDAP에 대해 1.19배 증가하였다. 특히 산소농도는 사람에게 치명적인 15%보다 매우 높게 측정되었다. 전반적으로 가연성 기체의 연소 독성은 처리하지 않은 시편과 비교하여 화학 첨가제에 의해 부분적으로 증가하였다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제10권3호
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• pp.77-83
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• 2010

본 연구에서는 건축물 내장재 가운데 바닥재의 화재특성을 평가하기 위하여 목재, 모노륨, 장판지, 니스코팅 된 장판지 등 4종의 바닥재를 대상으로 콘칼로리미터, 발화온도시험기, 열중량분석기, 한계산소지수시험기 등을 이용하여 착화성, 발열특성, 난연성과 같은 연소특성을 분석하였다. 모노륨은 발화온도가 $325^{\circ}C$로 가장 낮았으며, 장판지와 니스코팅 된 장판지는 비교적 빠른 시간인 7초 이전에 착화가 시작되었다. 총열방출량은 목재가 $100MJ/m^2$로 가장 높게 나타났지만 최대열방출율은 니스코팅된 장판지가 가장 높은 것으로 나타났다. 열중량분석 결과, 모든 바닥재들이 $300{\sim}400^{\circ}C$ 온도구간에서 급격한 중량감소를 보였으며, 한계산소지수는 장판지와 니스코팅 된 장판지가 20~21% 정도이고 목재는 34%로 나타났다. 본 연구결과를 살펴보면, 모노륨, 장판지, 니스코팅 된 장판지는 착화가 빠르고 연소가 용이한 반면, 발열량은 낮은 것을 알 수 있었으며, 목재는 비교적 착화위험성이 낮고 난연성은 좋지만 발열량이 높은 것으로 나타났다.

• 대한환경공학회지
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• 제36권12호
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• pp.837-842
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• 2014

LNG 난류 화염에서 수증기나 물을 전기분해한 기체를 투입할 경우 발생하는 NO 생성을 예측하기 위하여 컴퓨터 프로그램을 개발하였다. 본 연구는 그 첫 번째로서 NO 생성에 대한 수증기 영향을 다룬 연구이다. 개발한 이 프로그램을 한국에너지기술연구원에서 실험 연소로를 대상으로 적용하였다. 수증기 양에 따른 LNG 화염에서 NO 생성 효과를 검토하기 위하여 투입된 전체 공기량에 수분양을 0~10%까지 2% 간격으로 주입하였다. 계산 결과 강한 선회 유동의 결과로 나타나는 전형적인 유동분리에 따른 화염분리와 함께 NO 농도가 분리되는 양상이 나타났다. 수분양이 증가하면서 출구에서의 연소가스의 온도와 NO의 농도는 $973^{\circ}C$에서 $852^{\circ}C$로 NO의 농도는 139 ppm에서 71 ppm으로 일관성 있게 감소하였다. 그리고 연소로 복사 현상은 본 연구에서 고려한 영역에서 선회강도보다도 NO 생성에 큰 영향을 나타내었다. 그러나 본 연구에서 고려한 강한 선회 효과는 NO 농도가 연소로 전단에 이어 출구 근처에서 다시 높아지는 분리 현상을 나타내었다.