• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제6권1호
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• pp.27-38
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• 2014

Flow mixing and pressure drop characteristics for marine selective catalytic reduction applications were investigated numerically to develop an efficient static mixer. Two different mixers, line- and swirl-type, were considered. The effect of vane angles on the relative intensity, uniformity index, and pressure drop was investigated in a swirl-type mixer; these parameters are dramatically affected by the mixer geometry. The presence of a mixer, regardless of the mixer type, led to an improvement of approximately 20% in the mixing performance behind the mixer in comparison to not having a mixer. In particular, there was a tradeoff relationship between the uniformity and the pressure drop. Considering the mixing performance and the pressure drop, the swirl-type mixer was more suitable than the line-type mixer in this study.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제39권4호
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• pp.443-448
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• 2015

선박용 질소산화물 저감장치의 혼합영역에서 유동혼합 성능을 개선하기 위해 스월형 혼합기가 개발되었다. 본 연구에서는 스월형 혼합기와 각단의 날개 각도가 조절 가능한 다단 스월형 혼합기가 고려되었다. 두 스월형 혼합기의 최적 날개 각도를 도출하기 위해 날개 각도가 균일지수 및 압력강하에 미치는 영향을 수치해석 기법을 이용하여 조사하였다. 스월형 혼합기에서는 혼합기의 날개 각도를 $10^{\circ}$ 에서 $80^{\circ}$ 까지 변화시킬 때, 최적의 유동혼합 성능은 베인 각도 $30^{\circ}$에서 $60^{\circ}$ 범위에서 나타났으나, 압력강하는 베인 각도 증가에 따라 선형적으로 증가하였다. 반면 다단 스월형 혼합기에서는 각 단의 날개각도를 조절함으로써 압력강하를 낮추면서도 높은 혼합성능의 유지가 가능함을 보였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권4호
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• pp.397-404
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• 2012

디젤엔진 SCR 시스템 내에서 $NO_x$를 저감을 위한 베인 타입 스태틱 믹서의 혼합유동특성을 수치적으로 연구하였다. 믹서는 원형관의 입구로부터 유동방향으로 직경의 57배 떨어진 구간에 설치하였다. 베인이 유동 축과 이루는 각과 베인의 크기 그리고 위치의 변화에 따른 유동 및 혼합특성을 고찰하였다. 원형관내에서 믹서를 통과하는 유동의 특성은 UI, 선회비, 그리고 압력계수와 같은 특성화된 성능지수로 나타내었다. 해석결과 성능지수들은 베인 각과 차단비, 베인 위치와 같은 기하학적 변수에 영향을 받음을 확인하였다. 특히, 베인 각, 베인 크기가 커지거나 원형관내의 벽면에 가까이 설치될수록 선회비는 증가하는 것을 확인하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제36권6호
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• pp.814-822
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• 2012

선박용 SCR 시스템에서 유동 및 혼합특성을 개선하기 위해 상하유도 및 스월 형상의 혼합기가 고려되었다. 본 연구의 목적은 혼합기 구조에 따른 난류강도 및 균일지수(Uniformity Index)를 상세히 분석하여 SCR 성능을 개선하는 것이다. 그 결과, 촉매부 전단에서의 농도균일도는 혼합기를 사용하였을 경우 약 5% 개선됨을 알 수 있었다. 상하유도형 혼합기의 사용에 따라 주위에서 높은 RMS 수치 및 상대난류강도를 보이지만, 하류로 진행하면서 두 값은 감소하는 경향을 보였다. 스월형 혼합기의 경우 유동의 진행에 대해 RMS 수치와 상대난류강도의 감소가 비교적 적고 상대난류강도의 경우 상대적으로 균일한 분포를 보였다. 두 혼합기에서 발생하는 유동특성에 의해 혼합효과 및 혼합거리가 달랐음을 알 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권3호
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• pp.74-79
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• 2021

본 연구는 SCR 시스템 내에서 믹서 형상에 따른 배기가스와 요소수의 혼합 효율을 분석하기 위하여 진행되었다. 실험을 위하여 SCR 모사시스템을 제작하였으며, 균일도 측정을 위하여 균일도 측정기를 촉매 위치에 부착하였다. 실험변수는 배기가스의 유량, 온도, 믹서의 타입, 촉매의 거리를 변수로 두어 실험을 진행하였다. 실험결과로는 스월각 분석, 요소수 분포 형태, 균일도 등을 확인하였으며, 모델 A와 B의 스월각 실험결과 모델 A의 스월각이 전체 RPM영역에서 약 7~8도 높게 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 요소수 균일도 실험결과 SCR 시스템 내에 믹서가 없는 경우에는 요소수가 한쪽으로 편중되어 있는 것을 확인할 수 있었으며, 믹서 모델 A는 전체적으로 고른 분포를 나타내었고 모델 B는 짧은 거리에 균일도 감지기를 설치하였을 때는 약간의 편중이 있지만 점차 거리가 멀어질수록 안정적인 요소수 분포를 나타내었다. 균일도 목표타겟인 혼합 효율 90%는 모델 A와 모델 B에서 만족할 수 있었으며, 특히 모델 A의 경우가 촉매 위치 10cm에서 이미 90%의 효율을 만족하는 우수한 결과를 나타내었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제18권1호
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• pp.75-84
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• 2007

The effects of hydrogen enrichment to methane on NOx formation have been investigated with swirl stabilized pre-mixed hydrogen enriched methane flame in a laboratory-scale pre-mixed combustor(nominally of 5,000 kcal/hr). The hydrogen enriched methane fuel and air were mixed in a pre-mixer and introduced to the combustor through different degrees of swirl vanes. The flame stability was examined for different amount of hydrogen addition to the methane fuel, different combustion air flow rates and swirl strengths by comparing equivalence ratio at the lean flame limit. The hydrogen addition effects and swirl intensity on the combustion characteristics of pre-mixed methane flames were examined using gas analyzers, and OH chemiluminescence techniques to provide information about species concentration of emission gases and flowfield. The results of NOx and CO emissions were compared with a diffusion flame type combustor. The results show that the lean stability limit depends on the amount of hydrogen addition and the swirl intensity. The lean stability limit is extended by hydrogen addition, and is reduced for higher swirl intensity at lower equivalence ratio. The addition of hydrogen increases the NOx emission, however, this effect can be reduced by increasing either the excess air or swirl intensity. The NOx emission of hydrogen enriched methane premixed flame was lower than the corresponding diffusion flame under the fuel lean condition.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제7권6호
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• pp.1020-1033
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• 2015

In order to design a compact urea selective catalytic reduction system, numerical simulation was conducted by computational fluid dynamics tool. A swirl type static mixer and a mixing chamber were considered as mixing units in the system. It had great influence on flow characteristics and urea decomposition into ammonia. The mixer caused flow recirculation and high level of turbulence intensity, and the chamber increased residence time of urea-water-solution injected. Because of those effects, reaction rates of urea decomposition were enhanced in the region. When those mixing units were combined, it showed the maximum because the recirculation zone was significantly developed. $NH_3$ conversion was maximized in the zone due to widely distributed turbulence intensity and high value of uniformity index. It caused improvement of $NO_x$ reduction efficiency of the system. It was possible to reduce 55% length of the chamber and connecting pipe without decrease of $NO_x$ reduction efficiency.