• 한국표면공학회지
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• 제36권1호
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• pp.69-73
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• 2003

The atmospheric pressure plasma is regarded as an effective method for surface treatments because it can reduce the period of process and doesn't need expensive vacuum apparatus. The performance of non-transferred plasma torches is significantly depended on jet flow characteristics out of the nozzle. In order to produce the high performance of a torch, the maximum discharge velocity near an annular gap in the torch should be maintained. Also, the compulsory swirl is being produced to gain the shape that can concentrate the plasma at the center of gas flow. In this work, the distribution of gas flow that goes out to atmosphere through a plenum chamber and nozzle is analyzed to evaluate the performance of atmospheric pressure plasma torch which can present the optimum design of the torch. Numerical analysis is carried out with various angles of an inlet flow velocity. Especially, three-dimensional model of the torch is investigated to estimate swirl effect. We also investigate the stabilization of plasma distribution. For analyzing the swirl in the plenum chamber and the flow distribution, FVM (finite volume method) and SIMPLE algorithm are used for solving the governing equations. The standard k-model is used for simulating the turbulence.

• 한국진공학회지
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• 제22권3호
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• pp.111-118
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• 2013

대기압 플라즈마 제트 장치의 유량 변화에 대한 플라즈마 방전 특성을 실험적으로 조사하고 이를 유체역학적으로 해석하였다. 유리관에 주입되는 아르곤 기체의 유량 변화에 대한 레이놀즈 수(Re)로 결정되는 기체 흐름의 형태 변화와 베르누이 정리에 의한 압력 변화가 플라즈마 발생에 영향을 준다. 유리관 내부에 발생하는 플라즈마의 길이 변화의 실험을 통하여, 아르곤 기체에 대한 레이놀즈 수가 Re<2,000이면 층류이고, Re>4,000이면 난류가 형성된다. 이는 일반 유체에서 알려진 결과와 일치한다. 층류에서 유량의 증가로 플라즈마의 길이가 증가한다. 층류와 난류의 전환 영역에서 플라즈마의 길이는 줄어든다. 난류 영역에서는 방전 기체의 흐름이 불규칙함으로서 방전 경로가 흐트러져 플라즈마 칼럼의 길이가 매우 짧아지고 급기야 플라즈마가 소멸된다. 층류에서 주입 유량의 증가로 유리관 내의 유속이 증가하면, 베르누이 정리에 의하여 유리관 내부의 압력이 낮아진다. 관내의 압력이 낮아지면, 파센 법칙에 의하여 관내의 전기장의 세기가 증가하여 방전 전압이 낮아진다. 따라서 주입 유량이 증가하면, 동일한 구동 전압에서 유리관에 발생하는 플라즈마의 길이는 길어진다. 층류의 방전은 유리관 밖에서도 층류의 흐름이 일정 길이로 유지되므로 시료 표면에 조사되는 플라즈마 빔의 직경은 유리관의 직경 이하로 유지된다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.369-372
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• 2009

본 연구에서는 플라즈마에 의한 초음속 유동장의 변화를 수치해석을 이용하여 분석하였다. 플라즈마의 방향을 유동에 평행한 방향과 가로지르는 방향 두 가지 경우에 대한 해석을 통하여 플라즈마가 초음속 유동장의 방향과 유동의 속도 변화에 주는 영향을 알아보았다. 해석 결과 전기장의 크기와 공간별 차이에 따라서 유동장의 방향 및 속도 변화가 다르게 나타났다. 전기장의 방향에 따라 전자가 유동장과 같은 방향으로 가속되는 경우 유동의 속도가 증가하였으며, 반대인 경우에는 유동의 속도가 감속 된다는 것을 확인할 수 있었다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2003년도 춘계학술대회
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• pp.1736-1741
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• 2003

The characteristics plasma flow of an atmospheric plasma torch used for thermal plasma processing is studied. In general, it is produced by the arc-gas interactions between a cathode tip and an anode nozzle. The performance of non-transferred plasma torch is significantly dependent on jet flow characteristics out of the nozzle. In this work, the distribution of gas flow that goes out to the atmosphere through a plenum chamber and nozzle is analyzed to evaluate the performance of atmospheric plasma torch. Numerical analysis is carried out with various angles of an inlet flow which can create different swirl flow fields. Moreover, the size of plasma plume is experimentally depicted.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권6호
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• pp.492-498
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• 2012

DBD(Dielectric Barrier Discharge) 플라즈마 액츄에이터의 설계 파라미터에 따른 특성을 연구하였다. 방전전압, 주파수, 전극의 간격, 폭, 길이, 유전체 두께에 따른 DBD 플라즈마 액츄에이터의 유속 및 소모전력을 측정하였다. 방전전압과 주파수가 클수록 유속과 소모전력은 증가하였다. 전극간격은 클수록 소모전력은 감소하면서 유속은 증가하였으나, 플라즈마 방전을 위해 높은 전압이 요구되었다. 상부전극폭은 좁을수록, 하부전극폭은 넓을수록 일정한 소모전력으로 유속을 증가시킬 수 있었다. 주어진 방전조건과 전극형상에서 DBD 플라즈마 액츄에이터의 성능을 예측할 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제28권5호
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• pp.587-593
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• 2004

In this paper, flow characteristics of plasma flow in a micro-tube were investigated experimentally using micro particle image velocimetry(micro-PIV). For comparison, the experiments were repeated for deionized(DI) wale. instead of plasma. Both velocity profiles of plasma and do-ionized water are well agreed with the theoretical velocity distribution of newtonian fluid. We also carried out generating plasma-in-oil droplet formation at a Y-junction microchannel. In order to clarify the hydrodynamic aspects involved in plasma droplet formation, Rhodamine-B were mixed with plasma only for visualization of plasma droplet. With oil as the continuous phase and plasma as the dispersed phase, plasma droplet can be generated in a continuous phase flow at a Y-junction. For given experimental parameters, regular-sized droplets are reproducibly formed at a uniform flow conditions.

• 대한기계학회논문집B
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• 제31권10호
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• pp.832-839
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• 2007

The geometry and dimensions of an expansion chamber are decisive factors in thermal puffer plasma chamber designs. Because they together dominate the temperature and speed at which the cooling gas from the chamber flows back through a flow channel to the arcing zone for the successful interruption of fault currents. In this study, we calculated the flow and mass transfer driven by arc plasma, and investigated the effects of a flow guide installed inside a thermal puffer plasma chamber. It is found that the existing cold gas of the chamber mixes with hot gases entrained from the arcing zone and is subjected to compression due to pressure build-up in the chamber. The pressure build-up with the flow guide is larger than that without due to a vortex which rotates clockwise around the chamber center. By the reverse pressure gradient, the mixing gas of the chamber flows back out for cooling down the residual plasma near current zero. In the case with the flow guide, the temperature just before current zero is lower than that without, and the Cu concentration with high electrical conductivity is also less than that without the flow guide.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2012년도 제38회 춘계학술대회논문집
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• pp.527-528
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• 2012

플라즈마 유동제어를 통한 공기저항저감을 위해 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 플라즈마 구동기를 설계하였고, 2D 시험모델의 풍동시험을 통해 항력저감을 측정하였다. 풍속이 없는 경우에는 유동박리 및 표면마찰저항이 존재하지 않으므로 플라즈마 유동제어를 통한 항력저감도 없었다. 2m/s의 풍속에서 유동박리제어를 통해 항력이 9.7%까지 감소됨을 확인하였으며, 풍속이 증가할수록 항력저감은 감소하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제36회 춘계학술대회논문집
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• pp.433-436
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• 2011

본 연구에서는 후향계단 형상의 0.5 m/s의 속도를 갖는 유동을 DBD 플라즈마를 통해 제어하였다. electrode와 dieletric material로 각각 stainless foil과 polymide film을 사용하였으며, 고압의 AC power source를 사용하였다. 후향계단 전단과 수직 부분의 두 부분으로 나누어 각각 플라즈마를 발생시켰으며, 플라즈마 발생 위치에 따라서 유동의 재부착 지점이 변경됨을 확인 할 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제47권2호
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• pp.90-97
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• 2019

스파크제트 액츄에이터는 플라즈마 합성 제트 액츄에이터(plasma synthetic jet actuator, PSJA)라고도 불리는 능동 유동 제어 장치로, 초음속 유동의 제어 가능성이 있어 많은 연구가 진행 중이다. 이 액츄에이터는 아크 플라즈마를 이용해 캐비티(cavity) 내부에 에너지를 주입하여 온도와 압력을 상승시킨다. 온도와 압력이 상승한 캐비티에서 오리피스(orifice)를 통해 압력파와 제트가 분출되어 외부 유동에 교란을 준다. 플라즈마의 영향으로 캐비티 유동은 고온, 고압의 평형 유동이 되기 때문에 스파크제트 액츄에이터의 유동 해석을 위해선 공기의 평형 상태를 고려해야 한다. 본 연구에서는 평형 유동의 특성을 고려하여 스파크제트 액츄에이터 유동 해석을 위한 수치해석 프로그램을 개발했다. 개발된 프로그램의 검증으로 문헌에서 얻을 수 있는 실험 결과와 시간에 따른 제트의 위치를 비교했다. 또한 상온, 상압의 무풍에서 액츄에이터의 추력 특성을 분석했다.