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수소화물과 과산화수소를 적용한 에너지 생성 메커니즘 연구
서성현(Seonghyeon Seo) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5
에너지 소비 증가에 따른 이산화탄소 배출로 인한 지구 온난화가 심각하다. 이산화탄소와 산화질소를 배출하지 않으며, 수소로부터 에너지를 생성하는 메커니즘의 개념에 대한 연구를 수행하였다. 수소를 포함하고 있는 수소화물의 한 종류인 소듐 보로하이드라이드(NaBH₄)와 과산화수소를 반응시켜 수소와 산소 간의 연소 반응을 통한 열에너지 생성 메커니즘에 대한 개념을 도출하였다. 수소화물을 물에 용해시켜 액체 상태로 과산화수소와 반응시킬 경우, 연료에 해당하는 수소화물 수용액과 과산화수소의 질량대비가 0.89일 때 최대 단열 반응 온도가 1795 K까지 상승할 수 있음을 예측하였다. Global warming has been a serious problem due to excessive emissions of carbon dioxide from the increase of energy consumption. The present study investigates an energy generation mechanism that does not produce carbon dioxide and oxides of nitrogen. A reaction mechanism including sodium borohydride and hydrogen peroxide has been introduced and as a result, thermal energy can be generated from combustion of hydrogen with oxygen. Sodium borohydride dissolved in water reacting with liquid hydrogen peroxide may reveal maximum adiabatic reaction temperature of 1795 K at a mixture ratio of 0.89.
서성현(Seonghyeon Seo) 한국연소학회 2011 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.- No.42
Dynamic characteristics of combustion occurring in various combustion devices have been extensively studied for a long time since most of high performance combustion devices are susceptible to hazardous, unstable combustion that deteriorates combustor’s lifetime. One of the most severe unstable combustion phenomena is high-frequency combustion instability in which heat release fluctuations from combustion are coupled to resonant modes of a combustor. Here in this study, characteristics of high-frequency combustion instabilities observed in three different combustion devices have been presented. Lean-premixed combustion instability occurs due to equivalence ratio fluctuations which induce large heat release oscillations at lean conditions. Liquid-fueled combustion also shows high-frequency instability from energy coupling between pressure and heat release.
서성현(Seonghyeon Seo) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11
비선형적인 연소불안정 현상 이해를 위해서는 압력 섭동에 대한 화염 반응 특성 파악이 중요하다. 이전 연구는 스피커에 의한 연료와 공기 혼합체 섭동에 대한 난류, 층류 예혼합 화염의 반응, 그리고 화염에 직접 축 방향 압력파를 가진하는 경우로 나뉜다. 본 연구에서는 액체로켓엔진 연소환경을 모사한 연소화염의 횡 방향 가진파에 대한 화염 응답 함수 파악을 위한 실험 장치를 고안하여 제시하였다. It is critical to assess the characteristics of flame response to pressure perturbations for the understanding of nonlinear combustion instabilities. Previous studies can be grouped into flame response upon perturbed, fresh air and fuel mixture, and flame response directly perturbed from longitudinal waves. The present study presents experimental methodology for the understanding of the flame response exposed to transverse acoustic waves generated by loud speakers.
산화제 과잉 예연소기 연소에서 관찰되는 압력섭동에 대한 연구
서성현(Seonghyeon Seo),강상훈(Sang Hun Kang),이수용(Soo-Yong Lee) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11
고성능 폐회로 액체로켓엔진 시스템에 적용되는 산화제 과잉 예연소기 내에서 발생하는 연소 압력섭동 데이터에 대한 분석 결과를 수록하였다. 연소실험은 두 단계의 압력 값을 순차적으로 형성하였는데 상대적으로 저압 조건에서만 78 Hz의 특성 주파수를 갖는 자발적인 압력 섭동이 발생하였다. 이와 같은 연소 불안정은 bulk mode에 해당하는 것으로 판단된다. 압력 섭동의 세기는 rms 기준으로 연소실 정압 대비 13.3%에 해당하며, 고압 구간(19.3 MPa)에서는 매우 안정적인 모습을 보였다. 이와 같은 bulk mode는 연소실 내부에서 특성 압력파의 위상차가 없이 전체 공간에서 압력이 증가 감소를 반복하는 것으로 Helmholtz 공진기와 비슷한 특성을 보이는 것으로 판단된다. The paper includes the analytic results of pressure fluctuation data from the combustion of an oxidizer-rich preburner applicable to high-performance liquid rocket engine systems. The combustion experiments went through two different levels of a chamber pressure during single run. Self-excited pressure fluctuations with a frequency of 78 Hz were observed only at the relatively low chamber pressure condition. These pressure fluctuations are regarded as a bulk mode. The intensity of pressure fluctuations by a root-mean-square value is 13.3% normalized by the chamber static pressure and no pressure excitation was observed at the high pressure condition. The bulk mode has an identical phase across the inside of the chamber and reveals the similar characteristics to the Helmholtz resonator.
서성현(Seonghyeon Seo),임병직(Byung-Jik Lim),안규복(Kyubok Ahn),이광진(Kwang-Jin Lee),김종규(Jong-Gyu Kim),한영민(Yeoung-Min Han),최환석(Hwan-Seok Choi) 한국추진공학회 2008 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.5
본 논문에서 연료 과농 가스발생기의 동적 연소 특성을 수록하였다. 연소실과 추진제 매니폴드 내에서 발생하는 압력 섭동을 계측하여 데이터 분석을 실시하였다. 단독 연소 시험에서는 연소압에 관계없이 연소가 안정적으로 이루어졌으나 터빈 매니폴드 장착의 경우, 산소 임계 압력에 해당하는 50 bar 이하의 저압 조건에서 저주파 연소 불안정이 발생하는 것을 확인하였다. 이는 연소실 특성 길이 증가에 의한 축방향 연소 불안정으로 여겨지며, 연소압 증가에 따라 압력 섭동이 증가함을 확인하였다. This paper presents experimental results of dynamic characteristics of fuel-rich gas generators. Pressure fluctuation measurements in the chamber and manifolds have been analyzed. Gas-generator-alone tests revealed stable combustion regardless of a chamber pressure but low-frequency combustion instabilities occurred for cases of turbine-manifold tests at chamber pressure conditions below 50 bar. The instabilities are considered as an axial resonant mode and acoustic intensity increases along with a chamber pressure.
서성현(Seonghyeon Seo),한영민(Yeoung-Min Han),김성구(Seong-Ku Kim),최환석(Hwan-Seok Choi) 한국항공우주학회 2006 韓國航空宇宙學會誌 Vol.34 No.10
액체 로켓 엔진용 가스발생기 개발을 위해서는 추진제 O/F ratio에 따른 연소 가스의 열역학적 물성치 예측이 필수적이다. 본 연구에서는 액체산소/Jet A-1 조합의 연료 과농 가스발생기의 실 추진제 연소 시험을 통해 O/F ratio 변화에 따른 연소 생성 가스의 온도를 계측하였다. 또한 연소실 내 동압 섭동 측정 및 정압 측정 결과를 이용하여 비열비, 가스 상수, 정압 비열과 같은 연소 가스의 열역학적 물성치를 간접적으로 산출해내었다. 본 실험값은 화학평형코드 결과를 통해 구한 보간 계수를 이용한 예측 결과와 비교해보았을 때 동일한 경향 및 유사한 값을 가지는 것으로 밝혀졌으며 이는 보간 계수 예측 방법이 설계 도구로 충분히 적용 가능하다는 결과를 확인하였다. It is essential to predict thermodynamic properties of combustion gas with respect to a propellant mixture ratio for the development of a gas generator for a liquid rocket engine. The present study shows the temperature measurement of exit combustion gas as a function of a mixture ratio through the series of combustion tests of a fuel-rich gas generator with liquid oxygen and Jet A-1. The measurements of dynamic and static pressures, and combustion gas temperatures allowed the estimation of thermodynamic properties like a specific heat ratio, a gas constant, and a constant pressure specific heat of the combustion gas. The comparison of the experimental results with predictions made by interpolation parameters obtained from the modification of the chemical equilibrium code indicates that the interpolation method calibrated using the temperature measurements can be utilized as an effective tool for the initial design of a fuel-rich gas generator.