지원사업
학술연구/단체지원/교육 등 연구자 활동을 지속하도록 DBpia가 지원하고 있어요.
커뮤니티
연구자들이 자신의 연구와 전문성을 널리 알리고, 새로운 협력의 기회를 만들 수 있는 네트워킹 공간이에요.
논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 손채훈
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 세종대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수18
이 논문의 연구 히스토리 (4)
- 이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
- 연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
- 이 논문의 연구 히스토리 확인하기
초록· 키워드
오류제보하기
제트연료인 케로신(kerosene)은 항공 산업이 발전함에 따라 그 사용량이 점점 증가하는 추세이지만 기존 석유 기반 케로신은 원유 보존량에 한계가 있기 때문에 이를 대체할 수 있는 연료 개발이 반드시 수행되어야한다.
일반적인 케로신은 수백 가지의 화학종으로 이루어져 있고 대략 205 ~ 260℃ 에서 증류에 의해 생산되고 주로 탄소수가 8 ~ 16이며, 화학성분은 파라핀, 이소파라핀, 나프탈렌, 나프탈렌 파생물, 방향족 등으로 이루어져 있다. 이러한 케로신은 원유를 생산하는 곳에 따라 각각의 성분 분율이 다르고 단일 항목으로 평가할 수 없으며 각 항목들에 대해 일정한 범위를 만족하면 사용할 수 있도록 되어있다. 때문에 연료의 평가는 여러 물성치에 대해서 진행되고 각 물성치의 측정은 매우 복잡하고 비싼 비용을 초래한다. 또한 대체 제트연료의 경우 원료가 매우 다양하고 처리 방법에 따라 구성 성분이 구분된다. 특히, 바이오 제트연료의 경우 기존 케로신에 비해 황의 함량이 낮고, 매연의 발생이 낮으며 저온특성이 양호하고 열안정성이 높다는 특징을 가지고 있다. 앞서 이야기한 대체 연료들은 기존 석유 기반 케로신과는 또 다른 특성을 보이기 때문에 개발과정에서 빠른 평가방법을 통해 1차적으로 연료 군을 선별해야 하며, 물리적인 특성뿐만 아니라 화학적인 특성을 평가하여 기존의 연료와 비교하여 목적에 맞도록 개발 또는 성능을 향상시켜야 한다.
제트연료를 평가하기 위해 많은 노력들이 시도되어왔고 모사연료를 구성하여 수치해석을 통해 연료를 평가 또는 개발하는 시도들이 꾸준히 증가하고 있다. 특히 모사연료의 개발은 수백 가지의 화학종으로 이루어진 실제 제트연료를 ‘목적에 잘 맞춰진’ 몇 가지 대표 연료를 이용하여 빠르게 평가할 수 있는 방법 중 하나이다. 모사연료를 구성하기 위해서 본 연구에서는 몇 가지 연소 물성치를 파악하고 측정하였으며 이를 통해 석유 기반 제트연료와 대체 제트연료의 모사연료를 구성하여 일부 실험과 수치해석을 비교하였다. 또한, 모형 연소실에서 연소 물성치 변화에 따른 추력변동을 파악하였고, 연소 물성치 중 H/C ratio가 가장 큰 영향을 미친다는 것을 파악하였다.
제트연료의 화학반응 특성의 경우 층류 유동반응기를 제작하여 산화반응도를 비교하였다. 층류 유동반응기는 층류 조건에서 운전되는 반응기로 축 방향에 따라 화학종의 농도를 측정하여 연료의 화학반응을 파악할 수 있는 장치이며, 다양한 연료 메커니즘을 검증할 수 있는 장치 중 하나이다.
층류 유동반응기를 이용한 연료의 화학반응 특성 및 산화반응도 측정은 체류시간에 따라 산화가 얼마나 진행되는지를 생성물의 농도 또는 산소의 소모를 통해 파악하는 방법과 고정된 체류시간에서 온도 변화에 따른 산소의 소모 또는 생성물의 농도를 파악하는 방법이 있다. 여기서, 후자를 global reactivity라고 한다.
본 연구에서는 석유 기반 제트연료인 jet A-1과 대체 제트연료가 혼합된 혼합유 (jet-bio), test fuel에 대해 산화반응 실험을 수행하였고, 혼합유 (jet-bio)가 저온에서 더 우수한 반응특성을 보임을 확인하였다.
마지막으로 위에서 설명한 방법들을 정리하여 새로운 연료 개발 및 평가 시 사용할 수 있는 간략한 연료 평가기법을 제안하였다.
일반적인 케로신은 수백 가지의 화학종으로 이루어져 있고 대략 205 ~ 260℃ 에서 증류에 의해 생산되고 주로 탄소수가 8 ~ 16이며, 화학성분은 파라핀, 이소파라핀, 나프탈렌, 나프탈렌 파생물, 방향족 등으로 이루어져 있다. 이러한 케로신은 원유를 생산하는 곳에 따라 각각의 성분 분율이 다르고 단일 항목으로 평가할 수 없으며 각 항목들에 대해 일정한 범위를 만족하면 사용할 수 있도록 되어있다. 때문에 연료의 평가는 여러 물성치에 대해서 진행되고 각 물성치의 측정은 매우 복잡하고 비싼 비용을 초래한다. 또한 대체 제트연료의 경우 원료가 매우 다양하고 처리 방법에 따라 구성 성분이 구분된다. 특히, 바이오 제트연료의 경우 기존 케로신에 비해 황의 함량이 낮고, 매연의 발생이 낮으며 저온특성이 양호하고 열안정성이 높다는 특징을 가지고 있다. 앞서 이야기한 대체 연료들은 기존 석유 기반 케로신과는 또 다른 특성을 보이기 때문에 개발과정에서 빠른 평가방법을 통해 1차적으로 연료 군을 선별해야 하며, 물리적인 특성뿐만 아니라 화학적인 특성을 평가하여 기존의 연료와 비교하여 목적에 맞도록 개발 또는 성능을 향상시켜야 한다.
제트연료를 평가하기 위해 많은 노력들이 시도되어왔고 모사연료를 구성하여 수치해석을 통해 연료를 평가 또는 개발하는 시도들이 꾸준히 증가하고 있다. 특히 모사연료의 개발은 수백 가지의 화학종으로 이루어진 실제 제트연료를 ‘목적에 잘 맞춰진’ 몇 가지 대표 연료를 이용하여 빠르게 평가할 수 있는 방법 중 하나이다. 모사연료를 구성하기 위해서 본 연구에서는 몇 가지 연소 물성치를 파악하고 측정하였으며 이를 통해 석유 기반 제트연료와 대체 제트연료의 모사연료를 구성하여 일부 실험과 수치해석을 비교하였다. 또한, 모형 연소실에서 연소 물성치 변화에 따른 추력변동을 파악하였고, 연소 물성치 중 H/C ratio가 가장 큰 영향을 미친다는 것을 파악하였다.
제트연료의 화학반응 특성의 경우 층류 유동반응기를 제작하여 산화반응도를 비교하였다. 층류 유동반응기는 층류 조건에서 운전되는 반응기로 축 방향에 따라 화학종의 농도를 측정하여 연료의 화학반응을 파악할 수 있는 장치이며, 다양한 연료 메커니즘을 검증할 수 있는 장치 중 하나이다.
층류 유동반응기를 이용한 연료의 화학반응 특성 및 산화반응도 측정은 체류시간에 따라 산화가 얼마나 진행되는지를 생성물의 농도 또는 산소의 소모를 통해 파악하는 방법과 고정된 체류시간에서 온도 변화에 따른 산소의 소모 또는 생성물의 농도를 파악하는 방법이 있다. 여기서, 후자를 global reactivity라고 한다.
본 연구에서는 석유 기반 제트연료인 jet A-1과 대체 제트연료가 혼합된 혼합유 (jet-bio), test fuel에 대해 산화반응 실험을 수행하였고, 혼합유 (jet-bio)가 저온에서 더 우수한 반응특성을 보임을 확인하였다.
마지막으로 위에서 설명한 방법들을 정리하여 새로운 연료 개발 및 평가 시 사용할 수 있는 간략한 연료 평가기법을 제안하였다.
목차
제 1 장 서 론 1제 1 절 연구 배경 1제 2 절 연구 목표 8제 2 장 연구방법 9제 1 절 연소 물성치의 측정 9제 2절 수치해석 방법 172.1 층류 유동반응기의 수치해석 172.2 모형연소실 수치해석 21제 3절 상세 화학반응모델 축소 23제 4절 층류 유동반응기 실험방법 28제 3 장 연구 결과 및 고찰 30제 1 절 연소 물성치 측정 결과 30제 2 절 산화 반응도 측정 결과 502.1 층류 유동반응기 제작 502.2 기체연료 산화반응도 측정 542.3 액체연료 산화반응도 측정 66제 3 절 수치해석 결과 893.1 기체 및 액체연료 상세 화학반응모델 축소 893.2 기체연료 화학반응모델 비교 963.3 연소 물성치 변동에 따른 가스터빈 추력변동 해석 100제 4 절 연료 평가기법 110제 4 장 결론 113참고문헌 117Abstract 128
최근 본 자료
댓글(0)
0