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이상협(Sanghyup Lee),고태호(Taeho Ko),임지환(Jihwan Lim),이도형(Dohyung Lee),윤웅섭(Woongsup Yoon) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.5
본 연구에서는 고에너지 금속 알루미늄 군입자 연소 화염 분석을 위한 측정기법 개발 연구로서 스펙트로메터를 사용하여 화염 온도와 자발광 스펙트럼을 측정하였다. 마이크로 크기의 알루미늄 군입자 연소 반응시 발생하는 화염온도는 약 2400 K 이상의 초고온이므로 비접촉식 광학 계측 방법을 사용하였으며, 측정을 위해 개발된 기법은 520 nm, 640 nm를 사용하는 이색법을 응용한 방법과 광대역 파장 비교법으로서 각각의 방법은 정밀하게 검증 후 실험에 적용되었다. 연소실 하단에서 화염온도 측정결과 두 방법 모두 2400 K 이상의 화염온도를 확인할 수 있었으며 자발광 측정 결과 알루미늄 연소 반응시 가장 지배적으로 발생하는 화학종인 AlO를 확인할 수 있었다. In this study, In order to develop the measurement method of high energy density metal aluminum dust cloud combustion, flame temperature and emission spectrum was measured using spectrometer. Because of the ultra high ㎛-sized aluminum flame temperature more than 2400 K, it was measured by non-contact optical technique which is the modified two wavelength pyrometry with 520, 640 nm and spectrum comparison method. These methods were applied to experiment after accurate verification. As a result, we could identify that flame temperature is more than 2400 K in bottom of combustor in both methods. And on the emission spectrum analysis, we could measure AlO radical which is occurred dominantly in aluminum combustion.
메탄/공기 예혼합 화염의 Hydroxyl Radical을 이용한 Pyrometer 온도 보정방법에 대한 연구
이상협(Sanghyup Lee),임지환(Jihwan Lim),노관영(Kwanyoung Noh),이도형(Dohyung Lee),윤웅섭(Woongsup Yoon) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.12
본 연구에서는 상용 Pyrometer를 화염온도 측정에 적용할 수 있도록 메탄/공기 예혼합 화염을 이용하여 온도 보정기법을 개발하였다. 메탄/공기 예혼합 화염의 온도는 기 개발한 OH radical을 이용한 방출 스펙트럼 비교법을 사용하여 정밀하게 측정하였고 Pyrometer 측정결과와 비교하여 보정계수를 도출하였다. 이를 이용하여 온도를 알고 있는 메탄/공기 예혼합 평면 화염 버너를 이용하여 온도 측정결과를 검증하였고 잘 일치함을 확인하였다. In this study, in order to apply the commercial pyrometer to measurement of the flame temperature, methane / air premixed flame temperature calibration method was developed. Methane / air premixed flame temperature was precisely measured by using comparison technique of OH radical emission spectra. It was compared with pyrometer measurement result and then we calculated correction factor. With this method, the temperature measurement result was verified by methane / air premixed flat-flame burner whose temperature was already known. We confirmed that both were in good agreement.
레이저 점화에 의한 고체추진제 Strand Burner 실험
이상협(Sanghyup Lee),고태호(Taeho Ko),양희성(Heesung Yang),윤웅섭(Woongsup Yoon) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11
추진제를 고에너지 금속 분말 연소시스템에 점화원으로 적용을 위한 기초 연구로서 Strand Burner를 이용하여 HTPB/AP/Al, HTPE/AP/Al 추진제의 연소특성을 고찰하였다. 실험은 아르곤을 사용하여 ~300 psi 까지 가압하였으며, 2개의 석영창을 이용하여 가시화하였다. 추진제 점화를 위해서 10 W의 CO₂레이저를 사용하였으며, 연소율 측정은 초고속 카메라를 활용한 프레임 분석 기법 및 광다이오드를 이용한 연소시간 분석 기법을 적용하였다. 스펙트로메터를 이용하여 300 nm ~ 800 nm, 1500 nm ~5000 nm 의 방출 스펙트럼을 분석하여 추진제 연소반응 시 발생하는 화학종을 확인하였다. Basically, In order to apply solid propellant as ignition source to high energy metal particle combustion system, we analyze combustion characteristics of the HTPB/AP/Al, HTPE/AP/Al propellants by using the Strand Burner. The propellants were tested in a high-pressure windowed strand burner, which was pressurized up to 300 psia with pure argon gas. Strand burner was visualized with two quartz windows and ignition was accomplished by a 10 W CO₂ laser. The burning rate of propellant was measured with high-speed camera method for frame analysis and photodiode method for combustion time analysis. Emission spectrum was measured with spectrometer at 300 nm ~ 800 nm and 1500 nm ~ 5000 nm and then we analyze species during propellant combustion.
플라즈마를 이용한 분말형 금속 연료 알루미늄의 점화 특성
이상협(Sanghyup Lee),임지환(Jihwan Lim),윤웅섭(Woongsup Yoon) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11
탄화수소 계열의 점화원과 달리 선행 연구된 스팀 플라즈마 점화기를 이용한 알루미늄 분말의 지속 연소 성공을 바탕으로, 고온의 플라즈마를 이용한 알루미늄 분말의 점화 특성을 알아보기 위해 산화제가 없는 환경을 조성하여 점화 특성 확인 실험을 수행하였다. 아르곤 플라즈마를 이용하여 이전의 연소 실험과 동일한 4500 K의 온도 조건 및 이송 가스를 이용한 입자 공급 조건을 조성하여 실험을 수행하였으며, 플라즈마의 온도는 방출분광법을 사용하여 측정하였고 점화 특성은 SEM 촬영과 EDS 분석을 통해 비교 분석하였다. 고온의 플라즈마 제트 내부를 통과한 알루미늄 분말은 탄화수소 계열의 점화원과 다르게 급격한 기화로 인한 점화 촉진 효과를 확인 할 수 있었다. The success of continuous aluminum powder combustion with steam plasma is different from hydrocarbon ignition source. Ignition characteristics of aluminum powder with high temperature thermal plasma is studied with oxidizer-free environment. Experiment with argon plasma has same temperature conditions at 4500 K and particle feeding condition for previous combustion test with steam plasma and swirl combustor. The temperature of the plasma was measured using Optical Emission Spectroscopy method. Ignition characteristics were analyzed by SEM image and EDS. Aluminum powder with plasma has rapid evaporation mechanism contrast to hydrocarbon ignition source. It enhances to aluminum powder effective ignition characteristics.
이중 작동 모드를 가진 고에너지 금속 분말 점화용 스팀 플라즈마 개발에 관한 연구
이상협(Sanghyup Lee),고태호(Taeho Ko),윤웅섭(Woongsup Yoon) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11
고에너지 금속 분말은 높은 용융점을 가진 산화피막의 점화방해 효과로 인해 점화가 용이하지 않으므로 효과적인 점화를 위해서는 단시간에 고온의 열적 공간을 형성할 수 있는 고밀도의 점화원이 필요하다. 스팀 플라즈마 점화원은 기존의 탄화수소 계열, 수소-산소, 레이저 점화원과 다르게 짧은 시간에 안정적으로 5,000 K 이상의 열적공간을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스팀을 작동가스로 사용하므로 친환경적이며 경제적이다. 따라서 본 연구에서는 스팀 플라즈마를 금속 분말 연소에 적용하기 위한 기초 연구로서, 플라즈마 모드와 스팀 공급 모드를 갖는 이중 작동 모드의 점화기 개발 연구를 수행하였다. High Energy density metal powder has high melting point of oxide film. By this, the ignition source that can make a thermal effect of high-temperature during short time is needed to overcome ignition disturbance mechanism by oxide film. So effective ignition does not occurred with hydrocarbon ignitor, H₂-O₂ ignitor, high power laser. But steam plasma can be generate about 5000 K temperature field in short order. Because a steam plasma uses steam as the working gas, it is environmental-friendly and economical. Therefore in this study, we develop bimodal steam plasma ignitor(plasma mode, steam feeding mode) for basic research of metal particle ignition.
나노 및 마이크로 알루미늄 혼합물의 점화 및 연소특성 고찰
이상협(Sanghyup Lee),노관영(Kwanyoung Noh),윤웅섭(Woongsup Yoon) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.5
본 연구에서는 높은 용융점(?2400 K)의 산화피막 점화 방해 메커니즘 존재로 인해 점화가 용이하지 않은 마이크로 크기의 알루미늄 군입자 혼합물의 반응성 향상을 위한 기초 연구로서 스트랜드 버너를 사용하여 나노 크기의 알루미늄 첨가 및 압력 조건에 따른 점화성 향상 정도를 정량적으로 확인하고자 하였다. 분석 결과 초기 압력과 나노 크기 알루미늄의 함량이 증가함에 따라 선형 연소속도가 증가하고 혼합물의 점화온도가 낮아짐을 확인하였으며 연소 반응시 발생하는 화학종을 가시화하였다. In this study, In order to improve micro-sized aluminum mixture ignition characteristic which has ignition disturbance mechanism that is caused by high melting point(?2400 K) oxide film, strand burner was used for basic experiment which is nano-sized aluminum addition and various pressure condition. We would like to confirm quantitative result of ignition enhancement. As a result, linear burning rate was increased and Ignition temperature was decreased according to nano-sized aluminum addition rate and pressure. Furthermore emission radical was measured during combustion stage.