분산제 종류에 따른 exo-THDCPD의 열분해 특성 및 코크 저감 연구|RISS 상세보기

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study investigates the effects of molecular structures of polyether amine (PEA) dispersants—ethylene-PEA, branched-PEA, double-branched PEA (DB-PEA), and tri-arm PEA (TA-PEA)—on coke formation during the pyrolysis of exo-THDCPD, a high-density hydrocarbon fuel for hypersonic propulsion. Flow-reactor experiments showed that DB-PEA and TA-PEA achieved high coke reduction efficiencies of 88.93% and 90.57%, respectively, at 250 ppm, attributed to their bulky structures that enable stable dispersion behavior.
ReaxFF-based molecular dynamics simulations revealed that PEA dispersants generate aldehyde-derived radicals at the early stage of pyrolysis, reducing the activation energy to 57.92–74.42 kcal/mol and promoting fuel conversion. The retention time of dispersion structures was consistent with the experimentally observed coke mitigation trends.
Based on these results, an optimized additive package combining a dispersant, antioxidant, and metal deactivator was formulated. The TA-PEA MIX exhibited an excellent coke reduction performance of 93.4%, demonstrating that PEA dispersants actively influence pyrolysis pathways beyond simple physical dispersion and providing a practical additive design strategy for improving thermal stability in hypersonic regenerative cooling systems.

번역하기

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 극초음속 추진용 고밀도 탄화수소 연료인 exo-THDCPD(exo-Tetrahydrodicyclopentadiene)의 열분해 과정에서 발생하는 코크 생성을 효과적으로 저감하기 위해, PEA(Polyether Amine) 계열 분산제(Ethylene-PEA, Branched-PEA, Double Branched-PEA, Tri-Arm-PEA)의 분자 구조적 특성이 열분해 반응 거동 및 코크 형성에 미치는 영향을 규명하였다. DB-PEA와 TA-PEA는 250 ppm 조건에서 각각 88.93%와 90.57%의 우수한 코크 저감 효과를 나타냈으며, 이는 bulky한 분자 구조에 기반한 안정적인 분산 구조 유지 특성에 기인한 것으로 분석되었다. 또한 ReaxFF(Reactive Force Field) 기반 분자동역학 시뮬레이션을 통해, PEA 분산제가 초기 열분해 단계에서 알데하이드 유도 라디칼을 형성하여 활성화에너지를 57.92–74.42 kcal/mol 수준으로 저감시키고, 그 결과 연료 전환율을 향상시키는 개시 효과를 갖는다는 점을 규명하였다. 아울러 분산 구조의 유지 시간(DB-PEA > TA-PEA > B-PEA)이 실험적으로 관찰된 코크 저감 성능과 정성적으로 일치함을 확인하였다. 이를 기반으로 첨가제 패키지를 합성하여 분산제, 산화방지제, 금속비활성화제를 포함한 TA-PEA MIX 최적 첨가제를 제작하였다. TA-PEA MIX의 경우, 93.4% 우수한 코크 저감 성능을 보였다.
본 연구는 PEA 분산제가 단순한 물리적 분산 기능을 넘어 열분해 반응 경로에 직접적으로 관여하며 흡열 성능과 코크 생성에 복합적인 영향을 미친다는 점을 실험과 분자동역학 시뮬레이션의 병행 분석을 통해 최초로 체계적으로 규명하였다. 나아가 분산제, 산화방지제, 금속비활성화제를 포함하는 복합 첨가제 패키지를 설계·제작하고 이를 실제 연료 시스템 조건에서 실험적으로 검증함으로써, 실질적인 첨가제 설계 전략을 제시하였다는 점에서 의의가 있다.

번역하기

본 연구에서는 극초음속 추진용 고밀도 탄화수소 연료인 exo-THDCPD(exo-Tetrahydrodicyclopentadiene)의 열분해 과정에서 발생하는 코크 생성을 효과적으로 저감하기 위해, PEA(Polyether Amine) 계열 분산제(...

목차 (Table of Contents)