연료 유종 변화에 따른 제트펌프 유량 송출 특성

권귀성(Kwisung Kwon),박다인(Dain Park),김영현(Younghyeon Kim),유상석(Sangseok Yu) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集B Vol.42 No.1

E100연료를 사용하는 차량에서는 연료를 이송하는 연료펌프의 입구단 내구성 확보와 베이퍼 록 현상을 막기 위해 액체 이송용 제트 펌프를 사용하고 있다. 연료 특성 상 기존 가솔린 대비 점도가 높아서 제트 펌프의 송출 능력 최적화를 위한 기술 개발이 필요하다. 본 연구에서는 E100연료를 송출하는 제트 펌프의 송출 특성을 분석하기 위한 3차원 전산 해석 모델을 개발하고자 한다. 액체 연료를 사용하기 때문에 구동측 노즐부를 통과하며 공동현상이 발생할 수 있기 때문에 본 전산해석 모델에서는 4가지 공동 현상 모델을 비교 검증하여 최종적으로 Zwart-Gerber-Belamri(ZGB) 모델을 선정하였다. 노즐 목비, 구동 유체 유입각, 노즐 직경비, 노즐 거리비 등 4개 파라메터를 대상으로 가솔린 연료와 E100연료로 사용하는 제트펌프에 대하여 성능 특성을 확인하였다. E100연료의 경우 가솔린보다 점도가 높아서, 노즐 직경비와 거리비에 의한 성능 영향 만 있고 다른 두 개의 파라메터에 대한 성능 변화는 무시할 만한 수준이었다. In a flex fuel vehicle, E100 fuel is flows into the chamber of the fuel pump via a jet pump. This confirms that the pump is free from vapor lock and maintains a long-lasting durability. As the viscosity of E100 fuel is higher than gasoline, the jet pump must be redesigned for the E100 fuel. In this study, a 3-dimensional simulation is developed to analyze the performance variation of a jet pump for two different fuels with four parameters. The simulation includes a Zwart-Gerber-Belamri (ZGB) cavitation model so that cavitation can be observed with the high nozzle flow rate. After carrying out the simulation at two different fuels with four parameters, it is shown that the performance of the jet pump with E100 fuel is very sensitive to the nozzle diameter ratio and nozzle distance ratio. However, the other two parameters result in a minor change in the flow ratio (second flow/primary flow).

계절적, 지역적 온도 변화에 따른 석유류 체적의 변화

임기원(Ki Won LIM) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集B Vol.38 No.2

주유소에서 거래되는 액체 연료인 석유류는 온도 변화에 따라 팽창과 수축하게 된다. 석유류의 체적팽창계수는 약 0.1 %/℃ 이고, 우리나라의 기온은 겨울철에는 -15 ℃, 여름철에는 35 ℃까지 변한다. 온도 변화에 따른 체적의 변화가 석유류 거래에 미치는 영향을 조사하기 위해 주유소에 저장된 연료와 주유되는 연료의 온도 변화를 측정하였다. 또 우리나라의 지난 50 년간의 일간, 월간, 년간 온도 변화를 고찰하였다. 지하 저장탱크의 유류 온도는 계절에 관계없이 하루 중 안정되게 유지되었다. 주유소 주위의 환경 조건과 위치, 주유 빈도등이 주유되는 유류의 온도에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 이러한 연구 결과는 건전한 석유류의 거래와 관련 법령의 제정에 활용될 것이다. At gas stations, liquid fuels expand and contract in volume owing to temperature variations. In Korea, the ambient temperature varies between -15 ℃ in winter and 35 ℃ in summer. The volume expansion coefficients of liquid fuels are about 0.1 %/℃. To investigate this issue, we measured daily changes in fuel temperature and the delivered fuel temperature at gas stations. In addition, we scrutinized the daily, monthly, and annual changes in temperature over past 50 years in Korea. The results show that the temperature of the fuel in the storage tank was maintained at a stable value(summer or winter). Many factors, such as the surrounding conditions, fuel filling frequency, and gas station location, influence the delivered fuel temperature. The results of this study can be applied for establishing a national regulation and will contribute to fair transactions.

액체로켓엔진 연료로서 액화천연가스 특성 평가

한풍규(Poong-Gyoo Han),남궁혁준(Hyuck-Joon Namkoung),김경호(Kyoung-Ho Kim) 한국항공우주학회 2004 韓國航空宇宙學會誌 Vol.32 No.3

탄화수소 계열의 액체로켓엔진용 연료로서의 액화천연가스의 특성을 성분 및 함량 분석, 냉각제로서의 특성과 엔진 성능 인자로서 특성속도와 비추력 관점에서 평가하였다. 액화천연가스내의 메탄의 함량이 연료로서의 특성을 결정짓는 주요한 인자이었으며, 재생냉각형 액체로켓엔진의 연료로 사용되기 위해서는 최소 90% 이상의 메탄 함량이 요구되는 것으로 판단된다. 한편, 예비 냉각에 의한 액화천연가스의 일부 성분의 응결이 예상되어 정상적인 엔진 작동을 방해하는 요소가 될 수 있다. 약 90%의 메탄 체적 함량을 가지는 액화천연가스의 액체로켓엔진의 작동 조건은 화학 당량비적 혼합비로 표준화한 추진제 혼합비로 0.75가 최적이었다. As a rocket propellent of hydrocarbon fuels, the characteristics of liquefied natural gas was evaluated with the viewpoint of the constituents and content, the cooling performance as a coolant, and characteristic velocity and specific impulse as parameters of the engine performance. Content of methane was a principal factor to determine the characteristics as a rocket propellant and more than 90% of it was needed as a fuel and coolant in the regenerative cooled liquid rocket engine. Some constituents of the liquefied natural gas can be frozen by the pre-cooling of the pipe lines, therefore they can be a factor disturbing the normal working of engine. In case the content of methane is around 90% in the liquefied natural gas, a normalized stoichiometric O/F mixture ratio of 0.75 is suggested for a nominal operation condition to get the maximum specific impulse and characteristic velocity.

A Review on the Application of Ionic Liquids for the Radioactive Waste Processing

Byung Heung Park 한국방사성폐기물학회 2014 방사성폐기물학회지 Vol.12 No.1

이온성 액체 기술에서의 학문적 연구들은 원자력 산업으로 확대되어 왔으며 많은 연구자들에 의해 방사성 물질의 처리에 이온성 액체의 활용이 연구되어 왔다. 다수의 연구들에 의해 사용후핵연료에 포함되어 있는 금속 원소들의 분광학적, 전기화학적 거동에 대한 흥미로운 결과들이 보고되었다. TBP(tri-butyl phosphate)를 용해시킨 이온성 액체에서 측정되고 관찰된 금속 이온들의 물성들은 전통적인 수용성 공정에 대한 대안 기술 개발을 유발시켰다. 한편, 수용성 및 비수용성 공정에서의 활용을 위해 이온성 액체에서 금속 이온의 전기화학적 전착이 연구되었다. 본 연구에서는 이온성 액체 연구에서 주목할 만한 내용들을 분류하고 정리하여 핵연료주기에서 이온성 액체의 활용에 대해 고찰하였다.

액체로켓엔진 연료충전 라인의 기포 제거 방법

홍용기(Yonggi Hong),김철웅(Cheulwoong Kim) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

액체로켓엔진의 연료라인에 기체가 남아있을 경우 연료 충전 시 기포가 발생하게 된다. 기포의 발생은 엔진의 시동 및 작동에 심각한 영향을 미치게 되므로 연료라인 충전에는 기포 제거 과정이 선행되어야 한다. 지상 엔진의 경우 블리딩 라인과 이젝터를 이용한 연료 배관의 진공화가 가능하다. 고공 엔진의 경우 저압의 대기조건을 이용하여 연료 배관의 기체를 제거할 수 있다. 본 연구에서는 배관의 진공화 수준의 설정과 그에 따른 소요시간의 계산을 통한 연료 충전 전 진공화 요구 시간의 설정을 수행하였다. 또한 진공화 이후 배관 충전 방식에 대해서도 고찰하였다. If a fuel line of liquid propellant rocket may have bubbles inside if it is not evacuated. Bubbles remained inside of a propellant line cause severe problems in ignition and operation processes of rocket engines. For a first stage engine, evacuation can be done by connecting bleeding line and ejecting system. For a upper stage engine, evacuation can be performed by taking advantage of low pressure condition in the atmosphere. The required time for evacuation process prior to prefill of fuel pipe was calculated by setting up appropriate pressure level in fuel line. The methods for smooth loading of fuel into low pressure pipe was also considered.

연료차단밸브의 작동특성 해석

장제선(Jesun Jang),길경섭(Gyoung Sub Kil) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12

한국형발사체 추진기관 공급계 구성품 중 연료차단밸브는 제어압력을 연료차단밸브에 공급 및 감소시키기 위한 구동밸브와 연료탱크의 연료를 공급 및 차단하는 본 밸브로 구성된다. 현재 개발 중인 연료차단밸브의 상세설계 및 성능검증을 위해 유공압솔루션 AMESim 상용코드를 이용하여 해석모델을 수립하고, 기본시험 데이터를 바탕으로 모델을 검증하였다. 연료차단밸브의 다양한 설계 변수에 대한 작동특성 해석을 수행하였다. 연료차단밸브의 열림-닫힘 작동 설계변수에 대한 피스톤 속도, 변위, 작동시간, 압력 등의 밸브의 작동 특성을 파악하였고 이를 통해 밸브의 설계 최적화에 적용할 수 있을 것이다. A fuel isolation valve is composed of control unit which supply and drain the control pneumatic pressure and main valve that provide and block the kerosene medium for the liquid-propellant feeding system of KSLV-II. The simulation model of fuel isolation valve is designed with AMESim to verify the designs and evaluate the dynamic characteristics. This model was verified with basic test data. Using the model, we analyzed the performance of valve; opening/closing operating time, piston velocity, displacement, actuator cavity pressure on various design factors of fuel isolation valve

가속노화조건 하 연료접촉 고무오링의 수명예측 및 누유시험 연구

정근우,홍진숙,김영운,한정식,정병훈,권영일 한국트라이볼로지학회 2019 한국트라이볼로지학회지 (Tribol. Lubr.) Vol.35 No.4

As rubber products such as O-rings, which are also known as packings or toric joints, come in regular, long term contact with liquid fuel, they can eventually swell, become mechanically weakened, and occasionally crack; this diminishes both their usefulness and intrinsic lifetime and could cause leaks during the steady-state flow condition of the fuel. In this study, we evaluate the lifetime of such products through compression set tests of FKM, a family of fluorocarbon elastomer materials defined by the ASTM international standard D141; these materials have great compression, sunlight, and ozone resistance as well as a low gas absorption rate. In this process, O-rings are immersed in the liquid fuel of airtight containers that can be expressed as a compression set, and the liquid fuel leakage in a flow rig tester at variable temperatures over 12 months is investigated. Using the Power Law model, our study determined a theoretical O-ring lifetime of 2,647 years, i.e. a semi-permanent lifespan, by confirming the absence of liquid fuel leakage around the O-ring assembled fittings. These results indicate that the FKM O-rings are significantly compatible for fuel tests to evaluate long-term sealing conditions.

연료탱크내 액체연료와 고체입자의 혼합 수치해석 연구

김명호(Myungho Kim),유경원(Gyongwon Ryu),민성기(Seongki Min),황기영(Kiyoung Hwang) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11

혼합용 임펠러를 장착한 연료탱크의 액체연료와 미세 고체입자의 부유, 혼합 현상을 분석하고자 2차원 혼합 유동 수치해석을 수행하였다. 다상 유동해석은 Eulerian Grandular Multiphase 기법을 사용하였고, 해석기법을 12vol% 고체 혼합 조건 실험의 축방향 고체 농도 분포와 비교하여 확인하였다. 해석용 연료탱크는 10.5vol% 고체입자를 액체연료와 혼합하는 것으로 회전수 700rpm 조건에서 4가지 경우의 임펠러 위치와 유속 조건으로 해석을 수행하였다. 각 경우에 대한 Quality of Suspension 결과를 비교하여 적합한 임펠러 위치와 속도방향을 확인하였다. Two-dimemsional liquid-solid multiphase fluid dynamics was used to analyze the suspension and mix of liquid fuel and solid particles in fuel tank installed mixing impeller. In this paper, the multiphase flow was modeled using Eulerian Grandular Multiphase model. Experimental measurements of the axial distribution of solids concentration in stirred tanks under 12vol% solid loading were used for comparison with the CFD simulation. Four cases for the impeller location and flow pumping direction also were reviewed under 10.5% solids loading and 700rpm in fuel mix tank. The result of quality of suspension was compared with each cases and the impeller location and operation of mixing fuel tank was established.

고분자 전해질 연료전지(PEMFC)가 적용된 제습증발냉각 전외기 공조시스템의 연간 1차 에너지 절감량 분석

조수영(Jo, Su-Young),정재원(Jeong, Jae-Weon) 한국건축친환경설비학회 2015 한국건축친환경설비학회 논문집 Vol.9 No.4

The main purpose of this paper is to estimate primary energy saving of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEM fuel cell) for a liquid desiccant indirect and direct evaporative cooling assisted 100% outdoor air system (LD-IDECOAS). Also, we have suggested the PEM fuel cell performance predicted model by experiments. The fuel cell system provides the electric power and thermal energy by combining hydrogen and oxygen simultaneously. If waste heat is used, the total energy efficiency of fuel cell is up to 85%. The PEM fuel cell is suitable as a system for supplying power and heat sources to LD-IDECOAS. Using the measured load profile of the pilot system, the required electric capacity of the fuel cell system was designed at 10 kW. To suggest the performance predicted model of fuel cell, several test were conducted in the facility of pilot system. The predicted model was used to calculate the annual primary energy saving of a fuel cell. In this research, the performance of the previous systems using conventional gas-fired boiler and purchased electricity are compared with that of the proposed system to evaluate energy saving potential.

하이브리드 로켓 연소에서 연료액적의 발생과 저주파수 연소불안정

김진아(Jina Kim),이창진(Changjin Lee) 한국항공우주학회 2021 韓國航空宇宙學會誌 Vol.49 No.7

파라핀 왁스는 높은 후퇴율 때문에 하이브리드 로켓의 연료로 많은 각광을 받고 있다. 하지만 파라핀 연료의 연소에서도 비정상적인 저주파수 연소압력 진동이 관찰되고 있는데, 이는 연료 표면에 형성된 액체층과 액적의 유입과 관련이 있는 것으로 추론된다. 본 연구는 액적에 의한 추가적 연소와 저주파수 연소불안정 발생과의 관계를 분석하였다. 한편, 액적의 발생은 관성력과 액체의 표면장력의 비로 정의되는 We수(Weber Number)와 액체층의 Re수(Reynolds Number)에 따라 변화하는 것으로 알려져 있다. 따라서 일차적으로 실험실 규모의 로켓을 사용하여 We수에 따른 연소불안정의 발생여부를 관찰하였다. We수의 조절은 산화제 유량 변화를 통한 관성력의 변화와 LDPE(Low Density Polyethylene) 첨가에 의한 표면장력의 변화를 통해 시도하였다. 저주파수의 연소불안정의 발생은 특정한 We수 이상에서만 관찰되었고 임계 We수가 존재하는 것을 확인하였다. Paraffin wax is attracting many attentions for promising solid fuel of hybrid rocket because of its higher regression than other fuels. However, even with paraffin fuel combustion, unsteady low-frequency oscillation of combustion pressure is still observed. And, this is related to the formation of liquid layer and the entrainment of fuel droplets entering the axial combustion gas flow. This study investigates the effect of additional combustion of fuel droplets on the occurrence of low-frequency combustion instability. On the other hand, the formation of fuel droplets depends on Weber Number (the ratio of the inertial force to the surface tension of the liquid) and Reynolds Number of the oxidizer flow. Therefore, a laboratory-scale hybrid rocket was used to monitor the occurrence of combustion instability while changing We number. A series of combustion tests were conducted to control We number by changing the oxidizer flow rate or adding LDPE (low density polyethylene) to base fuel. In the results, it was confirmed that there is a critical We number above which the low-frequency combustion instability occurs.