반밀폐공간에서 발생되는 차량용 수소연료탱크 폭발 실험

박진욱,유용호,김휘성,Park, Jinouk,Yoo, Yongho,Kim, Hwiseong 한국자동차안전학회 2021 자동차안전학회지 Vol.13 No.4

Recently, Korea has established a plan for the supply of hydrogen vehicles and is promoting the expansion of the supply. Risk factors for hydrogen vehicles are hydrogen leakage, jet fire, and explosion. Therefore Safety measures are necessary for this hazard. In addition, risks in semi-closed spaces such as tunnels, underground roads, and underground parking lots should be analyzed. In this study, an explosion experiment was conducted on a hydrogen tank used in a hydrogen vehicle to analyze the risk of a hydrogen vehicle explosion accident that may occur in a semi-closed space. As results, the effect on the structure and the human body was analyzed using the overpressure and impulse values for each distance generated during the explosion.

지하대공간 초동 화재진압에 적용가능한 자율형 소화체계의 폼 분사 해석 기법 연구

박진욱,유용호,김휘성,Park, Jinouk,Yoo, Yongho,Kim, Whiseong 한국터널지하공간학회 2021 한국터널지하공간학회논문집 Vol.23 No.6

자율형 초동소화 체계는 복합적 감지 기술 및 화재 위치별 정확한 타격을 위한 분사/제어 기술등에 대한 고도의 기술이 필요하다. 또한, 상황에 따라 유류화재에 대한 대응을 위해 폼(foam) 분사 기능이 포함하여야 한다. 다만, 단일 분사 모니터를 공용으로 사용할 시 청수와 폼(foam) 분사 특성이 상이하므로 정확한 화재 진압을 위해서는 분사궤적 및 거리에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 자율형 소화체계 구축을 위해 개발된 분사 모니터를 통한 폼 분사 특성 분석을 위해 실험적 연구와 수치해석적 연구를 복합적으로 수행하였다. 폼 분사에 대한 유동해석을 위해 OpenFOAM 해석 소프트웨어를 사용하여 모델링을 하였으며, 폼 특성은 일반적인으로 사용되고 있는 포소화약제 수성막포를 적용하였다. 폼 형태에 따라 분사압, 분사각에 따른 분사 거리 해석을 수행하였으며, 동시에 분사 실험을 통해 결과에 대한 검증 및 결과를 제시하였다. Autonomous fire detection and suppression system requires advanced technology for complex detection technology and injection/control technology for accurate hitting by fire location. Also, foam spraying should be included to respond to oil fires. However, when a single spray monitor is used in common, water and foam spray properties appear different, so for accurate fire suppression, research on the spray trajectory and distance will be required. In this study, experimental studies and numerical analysis studies were combined to analyze the foam spray characteristics through the spray monitor developed for the establishment of an autonomous fire extinguishing system. For flow analysis of foam injection, modeling was performed using OpenFOAM analysis software, and the commonly used foaming agent (Aqueous Film-Forming Foam) was applied for foam properties. The injection distance analysis was performed according to the injection pressure and the injection angle according to the form of the foam, and at the same time, the results were verified and presented through the injection experiment.

수소 제트화염이 터널 구조체에 미치는 영향 분석

박진욱,유용호,김휘성,Park, Jinouk,Yoo, Yongho,Kim, Whiseong 한국터널지하공간학회 2021 한국터널지하공간학회논문집 Vol.23 No.6

A policy to expand the hydrogen economy has been established in Korea and the supply of FCEV is being expanded to realize a hydrogen society. Therefore, the supply of FCEV is expected to increase rapidly, and a solution to respond to accidents of FCEV is required. In this study, an experimental study was conducted to analyze the effect of the hydrogen jet flame generated by a FCEV on the inner wall of the tunnel and the characteristics of the internal radiant heat. For the experiment, the initial pressure of hydrogen tank was set to 700 bar, and the injection nozzle diameter was set to 1.8 mm in order to make the same as the conditions generated in the FCEV. In addition, a tunnel fire resistance test specimen having the same strength as the compressive strength of concrete applied to general tunnels of 40 MPa was manufactured and used in the experiment. The results were analyzed for the separation distance (2 m and 4 m) between the hydrogen release nozzle and the tunnel fire resistance test concrete. As the result, the maximum internal temperature of the test concrete was measured to 1,349.9℃ (2 m separation distance), and the radiant heat around the jet flame was up to 39.16 kW/m². 국내에서는 수소경제 활성화 정책을 수립하고 수소사회 실현을 위해 수소 인프라 및 수소차 보급 확대를 계획 하고 있다. 이에 따라 수소차의 보급이 급속도로 이루어질 것으로 예상되며, 동시에 수소차의 사고에 대응하기 위한 대책의 확립이 요구되고 있다. 본 연구에서는 수소차에 의해서 발생되는 수소 제트화염이 터널 내부 벽체에 미치는 영향과 내부 복사열 특성 분석을 위해 실험적 연구를 수행하였다. 실험은 수소차에서 발생되는 조건과 동일하게 하기 위해 분사압력을 700 bar로 설정하고, 분사노즐 직경은 1.8 mm로 설정하였다. 또한, 일반 터널에 적용되고 있는 콘크리트 압축강도 40 MPa의 터널 내화 시험체를 제작하고 제트화염 분사노즐과 시험체간의 이격거리에 따른 영향을 검토하였다. 분사노즐과 터널 내화시험체의 이격거리를 변수로 하여 2 m와 4 m에 대해 결과를 분석하였다. 그 결과로부터 시험체 내부 최대 온도는 1,349.9℃ (이격거리 2 m)가 측정되었고, 제트화염 주위 복사열은 최대 39.16 kW/m²까지 나타났다.

Micro Shock Tube 유동에 관한 실험적 연구

박진욱(Jinouk Park),김규완(Gyuwan Kim),김희동(Heuydong Kim) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회지 Vol.16 No.5

Past few years have seen the growing importance of micro shock tubes in various engineering applications like micro combution, micro propulsion, particle delivery systems. But in order to efficiently apply Micro Shock Tube to such areas require the detailed knowledge of shock characteristics and flow field inside a micro shock tube. Due to many factors such as boundary layer, low Reynolds number and high Knudsen number shock propagation inside micro shock tubes will be quite different from that of the well established macro shock tubes. In the present study, experimental studies were carried out on micro shock tubes of two diameters to investigate flow characteristics and shock propagation. Pressure values were measured at different locations inside the driven section. From the experimental values other parameters like shock velocity, shock strength were found and shock wave diagram was constructed.

초음속 노즐에서 발생하는 비정상 유동에 관한 실험적 연구

박진욱(Jinouk Park),김규완(Gyuwan Kim),김윤상(Yunsang Kim),Zhang Guang,김희동(Heuydong Kim) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5

기존 주사기의 대안으로 고속 공기 유동을 이용한 약물 전달 장치는 현재 많은 연구가 수행되고 있다. 이러한 약물 전달 장치는 바늘 없이 사람이나 동물 등에게 효과적으로 약물을 전달할 수 있는 장치로 바늘이 있는 기존 주사기의 단점을 보완할 수 있는 여러 가지 이점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이러한 장치 개발에서 효과적인 유동 가속을 위해 초음속 노즐을 적용하여 실험장치를 제작하였고 파막 실험을 수행하였다. 총 6개의 압력센서를 설치하여 관내 압력을 측정하였으며, 슐리렌 가시화 기법을 이용하여 노즐부의 유동을 촬영하였다. 그 결과로부터 초음속 노즐에서 발생되는 비정상 유동장은 초기압력비에 지배적인 영향을 받으며, 모든 결과에서 노즐 확대부의 압력은 대기압보다 낮게 발생했다. A drug delivery device using high speed gas flow which has been proposed as an alternative of the conventional syringe has been studied recently. This device can deliver drug particle to skin without using any external needle. In this work, we carried out an experimental study using the supersonic nozzle of a drug delivery device which is applied to accelerate the flow effectively. Pressure values were measured at different locations inside nozzle using 6 pressure sensors. Shock wave inside the nozzle were imaged using schlieren visualization system. From the experimental results it is observed that the unsteady flow in supersonic nozzle is influenced by the initial pressure ratio between the entry and the exit. Pressure value at divergent section of nozzle is observed to be below atmospheric pressure for the nozzle test cases.

Micro Shock Tube에서 발생하는 비정상파 거동에 대한 실험적 연구

박진욱(Jinouk Park),김희동(Heuydong Kim) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.5

최근 몇 년간 Micro shock tube는 고속 및 고온의 유동이 필요한 많은 Micro 규모 장치에 적용되고 있으며, 지금도 많은 연구가 수행되고 있다. Micro shock tube에서 발생되는 유동은 관의 작은 직경으로 인해 부피에 대한 표면적의 비가 크며, 레이놀즈 수는 굉장히 작고, 누센 수는 커진다. 이러한 차이로 인해 기존의 일반 충격파관 이론만으로 Micro shock tube에서 발생하는 유동장을 이해하는 것은 정확하지 않다. 본 연구에서는 Micro shock tube에서 발생하는 비정상파 거동에 대해 조사하기 위해 직경이 다른 두 가지의 관을 사용하여 실험을 수행하였다. 압력비를 다양하게 설정하여 실험 결과를 얻었으며, 총 8개의 압력센서를 설치하여 데이터를 획득하였다. 그 결과로부터 관의 직경 및 초기 압력비에 따른 관내 충격파 전파 속도와 압력강하의 특성을 파악 하였다. In recent years several researches are going on to investigate the potential implementation of micro shock tubes in many micro scale applications which requires high speed and high temperature flows. Due to very small diameter micro shock tube exhibits very large surface area to volume ratio, very low Reynolds number. and increased Knudsen number compared to macro shock tube flow. Owing to this differences the flow field and shock propagation characteristics cannot be accurately predicted using the inviscid analytical shock tube solutions which are generally used for macro shock tubes. In this paper, we carried out experimental study using micro shock tubes of two different diameters. Pressure values were measured at different locations inside tubes using 8 pressure sensors. From the experimental results a detailed understanding about the flow characteristics and shock velocity attenuation has been obtained for various initial pressure ratio and for different diameters.

Micro Shock Tube에서 발생하는 충격파 실험

박진욱(Jinouk Park),김규완(Gyuwan Kim),김희동(Heuydong Kim) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11

현재 Micro Shock Tube는 다양한 공학응용분야에 적용되고 있으며, 특히 우주항공 및 연소기술 그리고 약물전달 등의 분야에서 광범위한 잠재력을 가진 장치 중 하나이다. 그러나 Micro Shock Tube에서의 유동 특성은 작은 직경으로 인해 형성되는 매우 낮은 Reynolds Number와 높은 Knudsen Number의 영향으로 일반적으로 잘 알려진 Macro Shock Tube의 유동 특성과 상이하게 나타난다. 본 연구에서는 이러한 Micro Shock Tube의 유동 특성을 상세히 연구하기 위해 직경이 다른 두 가지 Micro Shock Tube의 실험을 수행하였다. 충격파 전파를 측정하기 위해 고압관의 파막압력 그리고 저압관의 세 지점에 센서를 설치하여 압력을 측정하고 분석하였다. 본 연구로부터, 동일한 파막압력에서 Micro Shock Tube 직경의 증가에 따라 충격파 전파속도가 증가하였고, 반사파의 영향도 더 크게 받았다. Micro shock tubes are now-a-days used for a variety engineering applications such as in the field of aerospace, combustion technology and drug delivery systems. But the flow characteristics of micro shock tube will be different from that of well established conventional macro shock tube under the influence of very low Reynolds number and high Knudsen number formed due to smaller diameter. In present study, experimental studies were carried out to a closed end (downstream) Micro Shock Tube with two different diameters were investigated to understand the flow characteristics. Pressure values were measured at different locations inside the driver and driven section. The results obtained show that with the increase in diameter the shock propagation velocity increases as well as the effect of reflected shock wave will be more significant under the same diaphragm rupture pressure.

Micro Shock Tube 유동에 관한 실험적 연구

박진욱(Jinouk Park),김규완(Gyuwan Kim),김희동(Heuydong Kim) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5

최근 다양한 공학 응용 분야에 Micro Shock Tube의 중요성이 커지고 있다. Pharma Ballistic 기술은 기존의 약물주입방법과 달리 약물입자를 가속하여 피부로 침투시키기 위해 Micro Shock Tube를 적용하는 기술 중 하나이다. 그러나 이러한 장치의 효율적인 설계를 위해서는 Micro Shock Tube 내부유동과 충격특성에 대한 상세한 지식을 필요로 한다. 경계층과 같은 많은 요소들 때문에 Micro Shock Tube 내부의 낮은 Reynolds Number와 높은 Knudsen Number가 형성되며, 이 때의 충격파 전파는 기존의 Macro Shock Tube와 상이하게 나타난다. 본 연구에서는 Micro Shock Tube에서의 충격파 전파와 유동특성을 조사하기 위해 직경 3㎜의 Micro Shock Tube를 이용하여 실험을 수행하였으며, 압력은 저압관의 세 지점에서 측정되었다. 충격파 속도와 같은 다른 변수들의 실험값으로부터 충격파 강도를 찾고 충격파 선도를 나타내었다. Past few years have seen the growing importance of micro shock tubes in various engineering applications. A pharma ballistic technique is one such application which uses micro shock tube to accelerate drug particles and penetrate into skin, thus avoiding the usual injection drug delivery system. But for the efficient design of such instruments requires the detailed knowledge of shock characteristics and flow field inside a micro shock tube. Due to many factors such as boundary layer, low Reynolds number and high Knudsen number shock propagation inside micro shock tubes will be quite different from that of the well established macro shock tubes. In the present study, experimental studies were carried out on a micro shock tube of 3 ㎜ diameter to investigate flow characteristics and shock propagation. Pressure values were measured at different locations inside the driven section. From the experimental values other parameters like shock velocity, shock strength were found and shock wave diagram was constructed.

Micro Shock Tube에서 발생하는 충격파 실험

박진욱(Jinouk Park),김규완(Gyuwan Kim),김희동(Heuydong Kim) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회지 Vol.17 No.5

Micro shock tubes are now-a-days used for a variety engineering applications such as in the field of aerospace, combustion technology and drug delivery systems. But the flow characteristics of micro shock tube will be different from that of well established conventional macro shock tube under the influence of very low Reynolds number and high Knudsen number formed due to smaller diameter. In present study, experimental studies were carried out to a closed end (downstream) Micro Shock Tube with two different diameters were investigated to understand the flow characteristics. Pressure values were measured at different locations inside the driver and driven section. The results obtained show that with the increase in diameter the shock propagation velocity increases as well as the effect of reflected shock wave will be more significant under the same diaphragm rupture pressure.