대체 연료인 DME 혼합에 의한 대향류 에틸렌 확산화염내 매연 생성에 대한 실험적 연구

윤두호,윤석훈,최재혁,Yoon, Doo-Ho,Yoon, Seok-Hun,Choi, Jae-Hyuk 해양환경안전학회 2010 해양환경안전학회지 Vol.16 No.3

DME는 환경 친화적인 특성으로 인해 현재 전 세계적으로 주목을 받고 있다. 지금까지 DME는 매연을 적게 생산하는 청정 에너지라는 특성으로 인해 디젤 자동차의 주요 대체 에너지로서 연구되어 왔다. 이에 본 연구에서는 에틸렌 대향류 확산화염에 DME를 5%, 14% 및 30% 혼합했을 때, DME의 혼합 비율에 따른 매연의 수밀도 및 크기에 대한 영향을 조사하였다. 레이저 투과법 및 산란법을 이용해 수밀도 및 크기를 측정하였다. 그 결과 DME를 30% 혼합한 경우에는 매연이 감소한 반면, 5%와 14%의 혼합 비율에서는 매연이 증가하는 경향을 나타내었다. 이 결과는 DME가 매연 생성이 적은 청정 연료로 알려진 것과는 달리 에틸렌 확산화염 내에서는 DME의 혼합에 따라 매연 생성이 증가될 수 있다는 것을 의미한다. DME(Di-Methyl Ehter, $CH_3OCH$) is currently attracting worldwide attention due to its environmentally friendly characteristics. Until now it was researched as a major alternative fuel of diesel automobile because it is a clean fuel producing low soot. Therefore, in this study, in order to investigate the effect of DME mixing on number density and size of soot particle, DME has been mixed in opposed-flow ethylene diffusion flame with the mixture ratios 5%, 14% and 30%. A laser extinction/scattering technique has been adopted to measure the volume fraction, number density, and size of soot particles. The experimental results showed that the soot concentration of mixture flames with the mixture ratios 5% and 14% produces soot more, even though that of 30% was decreased. This means that even though DME has been known to be a clean fuel for soot formation, the mixing of DME in diffusion flame of ethylene, where acetylene maintains high concentration in soot formation regions, could produce enhanced production of soot.

톨루엔 혼합에 따른 대향류 확산화염 내 매연 생성에 대한 수치적 연구

최재혁,윤석훈,윤두호,Choi, Jae-Hyuk,Yoon, Seok-Hun,Yoon, Doo-Ho 해양환경안전학회 2012 海洋環境安全學會誌 Vol.18 No.2

매연 생성에 대하여 톨루엔의 영향을 알아보기 위하여 순수에틸렌 대향류 확산화염에 톨루엔을 소량 혼합하여 수치해석을 수행하였다. 톨루엔($C_7H_8$)의 혼합 비율은 3%, 5%, 10%, 및 20%로 하였다. 계산에는 CHEMKIN III 기반의 Senkin 코드와 oppdif 코드를 이용하여 0-D 계산과 1-D 계산을 수행하였다. 0-D의 Senkin 계산에서는 톨루엔의 혼합율이 증가할수록 메틸라디칼의 농도는 증가하고 이에 따른 벤젠의 농도도 증가하였다. 이는 순수 에틸렌 화염에 톨루엔을 혼합할 경우 더 많은 매연이 생성될 것이라는 걸 의미한다. oppdif 코드에 의한 1-D 계산에서는 10% 톨루엔 반응식으로부터는 H 라디칼의 생성율이 결정적인 역할을 한다는 것을 알 수 있었다. 위 결과들로부터 확산화염 내 매연 생성에 있어 메틸라디칼, 벤젠과 H 라디칼이 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있었다. A numerical simulation has been performed to investigate effects of toluene mixing on soot formation in pure ethylene opposed-flow nonpremixed flame. Mixture ratios of toluene were 3%, 5%, 10%, and 20%. Senkin code for 0-D simulation and oppdif code for 1-D simulation based on CHEMKIN III were utilized. 0-D results by senkin showed that concentrations of methyl radicals and benzene were increased with increasing toluene mixture ratio. This implied that the mixing of toluene in pure ethylene diffusion flame produces more PAHs and soot than those of pure ethylene flame. 1-D result of 10 % toluene reaction by oppdif code showed that production rate for H radical was a crucial factor for benzene formation. These results imply that methyl radical, benzene and H radical play a important role on soot formation in diffusion flames.

고온열을 이용한 고온수증기전기분해장치(HTSE)에 의한 수소생산 특성에 관한 전산유체해석적 연구

한원희,최정식,윤석훈,윤두호,최재혁,Han, Won-Hui,Choi, Jung-Sik,Yoon, Seok-Hun,Yoon, Doo-Ho,Choi, Jae-Hyuk 해양환경안전학회 2011 해양환경안전학회지 Vol.17 No.4

고온수증기전기분해(HTSE) 장치의 수소생산 및 열 화학적 특성을 파악하고자 COMSOL $^Multiphysics^{(R)}$를 사용해 2차원 정상상태 수치해석을 실시하였다. 계산을 위한 주요 파라메터로는 작동전압, ASR(Area-specific Resistance) 및 유입가스의 온도와 압력 등이다. 해석결과 1.2454 V에서 Thermal-neutral Voltage가 나타나고, 작동 전압이 증가함에 따라 Cell의 내부 온도가 단조 증가하는 것이 아니라 Thermal-neutral Voltage를 기준으로 낮은 전압에서는 Cell의 온도가 감소하고, 높은 전압에서는 Cell의 온도가 증가하였다. 또한, ASR 값이 증가함에 따라 Cell 내부의 온도는 하강하고, 수소생산율도 낮아지는 경향을 보였다. The characteristics for hydrogen production and the thermochemical properties of high temperature steam electrolysis(HTSE) device have been numerically analyzed in a two-dimension, steady-state with using the COMSOL $Multiphysics^{(R)}$. The main parameters for the calculation are applied voltage, ASR(Area-specific Resistance), temperature and pressure of the inlet gas flow. The results showed that thermal-neutral voltage was 1.2454 V and rather than the cell temperature increases or decreases with increasing applied voltage by thermal-neutral voltage starting this voltage the temperature in high voltage tended to rise and temperature in the low voltage tended to fall. And with, increasing the values of ASR, temperature inside the cell and the hydrogen production rate were decreased.

The Combustion Characteristics of Residual Fuel oil Blended with Fuel Additives

장세현,이경우,김정렬,김종호,윤석훈,조익순,최재혁,Jang, Se-Hyun,Lee, Kyoung-Woo,Kim, Jeong-Ryul,Kim, Jong-Ho,Yoon, Seok-Hun,Cho, Ik-Soon,Choi, Jae-Hyuk The Korean Society of Marine Environment and safet 2016 해양환경안전학회지 Vol.22 No.5

선박엔진은 잔사유를 에너지원으로 활용하여 운항할 수 있으며, 이를 활용한 선박에서 환경 규제와 경제성을 모두 만족시키는 다양한 방안들이 모색되고 있다. 그 중에 한 방안으로 연료 첨가제를 활용하는 기술이 있을 수 있다. 분산제와 연소촉진제는 잔사유 활용 시 엔진의 연소특성 촉진에 기여할 것이라는 기대를 받고 있다. 따라서, 본 연구에서는 연소성 분석 장비(FIA/FCA)와 열 중량 분석 장비(TGA)를 활용하여 잔사유 연료첨가제가 혼합된 잔사유의 연소성을 분석하였다. 연소성 분석 장비(FIA/FCA)의 결과로는 연소에 의한 일의 총량을 분석하도록 분석법이 개발되었으며, 이 때문에 본 연구를 통하여 동일 장비를 활용하면서도 연소 효율을 간단하게 평가할 수 있는 방안을 제시하였다. 연소성 분석 결과인 ROHR 곡선으로부터, 단순한 삼각함수를 활용하여 연소특성을 예측할 수 있는 방안을 제시하였으며, 이 기법을 활용하여 기존의 압력 곡선과 유사한 결론을 도출할 수 있었다. 열 중량 분석(TGA)의 경우 연료유의 증발 특성에 민감하게 반응함을 확인하였고, 첨가제가 연료유 증발에 효과적으로 작용함을 확인하였다. Ships are capable of operating on residual fuel oil. Recently, various attempts have been made to meet environmental regulations and with ships operating on residual fuel oil. One way of fulfilling these requirements is by using fuel additives. Dispersants and fuel combustion improvers will have a positive effect on improving the combustion characteristics of the residual fuel oil. As such, this study examines fuel oils blended with additives by using fuel combustion analysis (FIA/FCA) and thermogravimetric analysis (TGA). The results of FIA/FCA focuse only on the amount of work done by the fuel oil. Therefore, it is recommended in this study that a new method to evaluate the combustion efficiency via FIA/FCA processes be developed. The analysis with ROHR curve gained by FIA/FCA brought similar results with pressure trace curve therefore it can be said that new analysis method can be reliable. The TGA, analysis process is very sensitive to the evaporation of fuel, for example, which could be addressed. In the performance-related findings of this study, blended samples with additives containing iron compounds showed a greater improvement in early combustion characteristics than samples without additives.

역전 유동층 내에서의 슬러리아이스 생성에 관한 실험적 연구

최영규(Young-gyu Choi),윤석훈(Seok-hun Yoon),오철(Cheol Oh) 한국마린엔지니어링학회 2006 한국마린엔지니어링학회 학술대회 논문집 Vol.2006 No.-

This study experimented to observe an influence of experimental conditions on production characteristics of slurry ice by putting ball into test section to disturb ice adhesion. And at this experiment it used ethylene glycol-water solution and the concentration is 20wt%. The experimental apparatus was constructed of ethylene glycol-water solution and slurry ice storage tank, brine tank, pumps for ethylene glycol-water solution and brine circulating, a mass flow-meter, data logger for fluid temperature measuring and a vertical circular tube with two copper tubes as test section. The experiments were carried out under various conditions, with mean velocity of fluid at the entry ranging from 0.07 to 0.13㎧ and ball diameter is 10㎜, 15㎜. Also ball tilling rate is 33%, 50%.

다양한 샘플링 조건에 따른 선박 배기가스 내 입자상물질의 구조 특성에 관한 실험 연구

이원주,장세현,김성윤,강무경,천강우,조권회,윤석훈,최재혁,Lee, Won-Ju,Jang, Se-Hyun,Kim, Sung-Yoon,Kang, Mu-Kyoung,Chun, Kang-Woo,Cho, Kwon-Hae,Yoon, Seok-Hun,Choi, Jae-Hyuk 해양환경안전학회 2016 해양환경안전학회지 Vol.22 No.5

선박용 디젤엔진 배기가스에 포함된 입자상물질(PM) 가운데서 블랙카본(BC)은 극지방의 해빙을 촉진시키고 온난화를 유발하는 원인물질로서 큰 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 향후 예상되는 PM/BC 배출 규제에 선제적으로 대응하고, 저감기술 개발 및 실증을 위한 기초연구의 일환으로 한국해양대학교 실습선 한바다호를 이용하여 실제 운항 중에 주기관의 배기관 수 포인트에서 PM을 샘플링하여 HR-TEM을 통해 그 구조와 특성을 분석하였다. 또한 배기가스 분석기를 이용하여 운전조건별 배기가스 내 유해물질의 배출 경향을 확인하였다. 분석 결과 엔진에서 배출된 PM의 구조는 구형 입자들의 촘촘하지 않은 체인형 결합으로 이루어져 있으며, 과급기로부터 멀어질수록 온도 저하에 의한 응집이 더 많이 관찰되었고 BC 특유의 graphitic 구조를 잃어가면서 점점 amorphous 구조를 띠는 경향이 나타났다. 또한 배기가스 분석을 통해 엔진 회전수가 증가할수록 배기 내 PM의 농도는 감소할 것으로 예측되었다. Black carbon (BC) contained in particulate matter (PM) originating from the exhaust gases of ships' diesel engines has been receiving great attention as a cause of glacial melting and warming in the polar regions. In this study, we took samples from various locations of PM emitted from the training ship (T/S) HANBADA's main engine, in cooperation with the Korea Maritime and Ocean University. We analyzed the structure and characteristics of these samples using high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) and applied our findings as fundamental research for developing PM reduction technology. We also employed our results to determine appropriate preemptive action to meet upcoming PM/BC regulations. In addition, we confirmed the emission trend of pollutants from exhaust gases under various engine operating conditions using an exhaust gas analyzer. Results obtained from the analysis of HR-TEM images showed that the structure of the PM is chain-like wispy agglomerates consisting of a number of individual spherical particles. As the sampling location was moved away from the turbo charger (T/C) towards the funnel, more condensates were observed at a low temperature and the molecular structure of the PM lost its characteristic BC structure as an amorphous structure gradually appeared. Furthermore, through the analysis of exhaust gases, we predicted a decrease in PM concentration in the exhaust stream as engine rpm increase.

연료비 절감을 위한 선박용 연료유 균질기 개발에 관한 연구

한상구,최정식,박노성,김대헌,류경부,천강우,윤석훈,최재혁,Han, Sang-Goo,Choi, Jung-Sik,Park, Ro-Seong,Kim, Dae-Hun,Ryu, Kyoung-Boo,Chun, Kang-Woo,Yoon, Seok-Hun,Choi, Jae-Hyuk 해양환경안전학회 2012 海洋環境安全學會誌 Vol.18 No.6

In this study, we have conducted a work on homogenizer development which is operated by high shearing force generated by stator and rotor inside it. To investigate the performance for homogenization and atomization of homogenizer, Bunker-C (IFO 380 cSt) was used as a fuel for experiment. Pre-treatment of bunker-C was carried out with homogenizer developed in this study. Oil purifier was used to investigate effect of oil sludge reduction after pre-treatment. Experimental result showed that the amount of sludge of fuel oil after pre-treatment with homogenizer has decreased by 13 %. To confirm combustion efficiency, Bunker-C which have pre-treatment with homogenizer and purified after are burned in boiler system. The result showed that CO concentration in exhaust gas was decreased. These results mean that if the homogenizer which is developed in this study for marine fuel oil is applied on real vessels, oil costs and operating costs can be reduced. 본 연구에서는 고정자와 회전자에 의해 발생하는 전단력(Shearing force)을 이용한 선박용 연료유 균질기(Homogenizer) 개발에 관한 연구를 수행하였다. 균질기의 균질화 및 미립화 정도에 대한 성능을 조사하기 위하여 IFO 380 cSt Bunker-C 시료에 전처리(Pre-treatment)를 시행하였다. 전처리한 시료의 슬러지(Sludge) 저감 효과를 확인하기 위하여 유청정기(Oil purifier)를 이용하였다. 실험결과 균질기로 전처리한 시료에서 슬러지양이 약 13 % 감소하는 것을 확인하였다. 또한, 전처리 후 유청정한 시료를 실제 보일러 시스템에서 연소시켜 CO가 감소하는 연소특성 경향을 확인하였다. 이와 같은 결과를 통해 개발된 선박용 연료유 균질기를 실선에 적용할 경우 연료비 및 운항비용 절감 효과가 있을 것으로 판단된다.

분위기유속에 따른 확산화염내 매연거동파악

최재혁(Jae-Hyuk Choi),박원석(Won Seok Park),윤석훈(Seok Hun Yoon),오철(Cheol Oh),김명환(Myoung Hwan Kim) 한국마린엔지니어링학회 2005 한국마린엔지니어링학회 학술대회 논문집 Vol.2005 No.-

The effect of surrounding air velocity on the soot deposition process from a diffusion flame to a solid wall was investigated in a microgravity environment to attain in-situ observations of the process. An ethylene(C₂H₄) diffusion flame was formed around a cylindrical rod burner in surrounding air velocity of v<SUB>air</SUB>=2.5, 5, and 10 cm/s with oxygen concentration of 35 % and wall temperature of 300 K. Laser extinction was adopted to determine the soot volume fraction distribution between the flame and burner wall. The experimental results show that the soot particle distribution region moves closer to the surface of the wall with increasing surrounding air velocity. A numerical simulation was also performed to understand the motion of soot particles in the flame and the characteristics of the soot deposition to the wall. The results successfully predicted the differences in the motion of soot particles by different surrounding air velocity near the burner surface and are in good agreement with observed soot behavior in microgravity. A comparison of the calculations and experimental results led to the conclusion that a consideration of the thermophoretic effect is essential to understand the soot deposition on walls.

실습선을 이용한 주 추진기관의 배기배출물의 실시간 계측

최정식,이상득,이경우,천강우,남연우,윤석훈,최재혁,Choi, Jung-Sik,Lee, Sang-Deuk,Lee, Kyoung-Woo,Chun, Kang-Woo,Nam, Youn-Woo,Yoon, Seok-Hun,Choi, Jae-Hyuk 해양환경안전학회 2013 海洋環境安全學會誌 Vol.19 No.5

본 연구에서는 한국해양대학교 실습선 한바다를 이용하여 선박의 입 출항 및 약 150 rpm의 정속 운항 할 때 주기관에서 배출되는 배기가스를 실시간 계측하였다. 실측 결과 질소산화물의 농도는 정속 운항시 800 ppm 에서 1,000 ppm 사이인데 반해, 입 출항시에는 210 ppm 에서 1,230 ppm 까지 큰 범위에서 값이 변화하였다. 일산화탄소의 농도 역시 정속운항 상태 보다 입 출항시 측정값의 변화가 크게 나타났다. 이러한 결과는 입 출항시 가능한 한 주기관의 부하변동이 급격히 발생되지 않도록 하는 선박 조종 스킬이 필요하다는 것을 의미한다. 또한, 배기가스 저감 기술의 적용에 있어 입 출항시와 정속 운항할 때 그 차이를 고려할 필요가 있다는 것을 나타낸다. In this study, we conducted real-time measurement at the ship arrivals and departures at the port and at a constant speed of 150 rpm for exhaust emissions from a main engine installed on the training ship, HANBADA, of Korea Maritime University. The result showed that the concentration of nitrogen oxide was measured in the range of 800 ppm to 1,000 ppm at constant speed mode. On the other hand, the concentration of nitrogen oxide during ship arrivals and departures was significantly fluctuated between 210 ppm and 1,230 ppm. And, the concentration of carbon oxide at the arrivals and departures was also larger than that of at constant speed mode. These results show that the ship maneuvering skills to prevent a sudden load change of main engine at the arrivals and departures of ship is needed. Additionally, it means that the difference of exhaust emissions generated between the constant speed mode and the arrival/departure has to be considered when invented many technologies are adopted into the reduction technologies of air pollutants from ships.

수소생산을 위한 IS 공정 황산분해반응기의 열해석에 관한 전산유체역학적 연구

최정식(Jung-Sik Choi),모장오(Jang-oh Mo),윤석훈(Seok-Hun Yoon),김종호(Jong-Ho Kim),최재혁(Jae-Hyuk Choi) 한국마린엔지니어링학회 2012 한국마린엔지니어링학회 학술대회 논문집 Vol.2012 No.10