이 연구 주제는 발전용 가스터빈에서 천연가스와 수소를 함께 사용하는 수소혼소 연소기술을 중심으로 한다. 연구실은 300MWe급 고효율 가스터빈을 대상으로 수소 혼소율을 단계적으로 높이면서도 안정적인 화염을 유지하고, 실제 운전 조건에서 적용 가능한 연소노즐과 연소기 구조를 개발하는 데 초점을 맞추고 있다. 특히 탄소중립과 발전 부문의 온실가스 저감을 위해 기존 가스터빈 시스템을 수소 기반으로 전환하는 과정에서 필요한 핵심 열유동 설계 문제를 다룬다. 주요 연구 방법은 수치해석과 실험을 결합한 형태로, 연료 분배율 변화, 다중 버너 상호작용, 스월 예혼합 화염 거동, 압력 및 유량 변화에 따른 연소 성능을 정밀하게 분석하는 것이다. 연구실은 저NOx, 저진동, 역화 방지라는 상충 조건을 동시에 만족시키기 위해 연소기 형상 최적화, 운전 제어맵 구축, 화염 안정성 평가, 배출물 예측 모델링을 수행한다. 또한 단일 노즐과 멀티노즐 조건 모두에서 수소/메탄 혼합 연료의 연소 특성을 비교하며 실제 발전 설비 적용성을 높이는 방향으로 연구를 확장하고 있다. 이 연구의 기대효과는 기존 화석연료 기반 발전 시스템의 친환경 전환을 가속화하는 데 있다. 수소는 연소 속도가 빠르고 역화 위험이 크기 때문에 일반적인 연소기 설계만으로는 안정 운전이 어렵지만, 본 연구는 이러한 한계를 극복할 수 있는 설계 및 해석 기술을 제공한다. 결과적으로 대형 발전용 가스터빈의 고효율 운전, 질소산화물 배출 저감, 장기 운전 신뢰성 확보에 기여하며, 수소에너지 기반 전력 시스템의 상용화에 중요한 기반기술이 된다.

연소불안정성은 가스터빈, 로켓엔진, 모형 연소기와 같은 고에너지 시스템에서 성능 저하와 구조 손상을 유발할 수 있는 핵심 문제이다. 이 연구실은 추진기관과 반응성 유동장에서 발생하는 압력 진동, 음향 공진, 화염-유동 상호작용을 체계적으로 해석하여 불안정성의 발생 메커니즘을 규명하는 연구를 수행한다. 특히 액체로켓엔진 개발 경험과 추진공학 분야 활동을 바탕으로, 분사기 형상과 연소실 구조가 안정성에 미치는 영향을 장기간 연구해 왔다. 연구 방법 측면에서는 전산유체해석, 음향 해석, 주파수 응답 분석, 동적 모드 분해(DMD), 단시간 푸리에 변환(STFT) 등 고급 후처리 기법을 적극 활용한다. 이를 통해 단순히 평균 유동장을 보는 수준을 넘어, 시간에 따라 변화하는 비정상 연소 현상과 지배 모드를 추출하고 불안정성의 성장 조건을 예측한다. 또한 동축형 분사기, 임핑징 제트 분사기, 스월 버너 등 다양한 연소기 구성요소를 대상으로 음향 감쇠, 공진기 튜닝, 피드백 전달함수 기반 안정성 평가를 수행하여 실질적인 불안정 억제 전략을 제시한다. 이 연구는 추진기관의 안전성 향상과 고성능화에 직접 연결된다. 연소불안정성을 정확히 예측하고 제어할 수 있으면 로켓엔진의 신뢰성을 높이고, 가스터빈의 진동과 소음을 줄이며, 다양한 연소 시스템의 운전 범위를 확장할 수 있다. 더 나아가 본 연구실의 해석 방법론은 차세대 재사용 발사체, 고효율 발전 설비, 산업용 연소기 등 여러 분야에 적용될 수 있어 기계공학과 추진공학의 융합형 핵심 기술로 평가된다.

이 연구 주제는 연료의 점화 특성, 열분해 거동, 고압 유동 환경에서의 반응성과 안전성 문제를 다룬다. 연구실은 충격파관, 층류 유동반응기, 수치해석 도구를 이용하여 항공유, 대체 제트연료, 흡열연료, 메탄, 수소 혼합연료 등 다양한 연료의 점화지연시간과 연소 물성치를 측정하고 분석한다. 특히 극초음속 추진 적용을 위한 흡열연료와 고에너지밀도 연료의 반응 특성은 추진 성능과 열관리 문제를 동시에 좌우하므로 매우 중요한 연구 대상이 된다. 또한 연구실은 초임계압 조건에서의 열분해, 미세채널 내 연료 전환, 연료 조성에 따른 매연 성향과 smoke point 변화 등 복합적인 연료 반응 현상을 다룬다. 이러한 연구는 단순한 기초 연소 특성 파악을 넘어, 실제 엔진 및 연소기에 들어가는 모사연료 설계, 화학 반응 메커니즘 최적화, 점화 예측 모델 개발로 이어진다. 최근에는 첨가제가 점화지연에 미치는 영향, 저압 및 고온 조건에서의 점화 특성 변화, 바이오 성분이 혼합된 항공유의 반응성 평가 등으로 주제가 확장되고 있다. 한편 연구실은 고압 수소저장시스템용 밸브, 레귤레이터, 리셉터클과 같은 요소부품의 내부 유동, 내구성, 기밀성, 안전성도 함께 연구하고 있다. 이는 고압 유체 시스템에서의 유동 해석과 연소·점화 안전성을 연결하는 응용 연구로서, 수소전기차와 상용차용 저장장치 개발에 직접적인 의미를 가진다. 결과적으로 본 연구는 연료의 물리화학적 특성 이해와 실제 시스템 안전성 확보를 동시에 추구하며, 미래 모빌리티와 친환경 에너지 시스템에 필수적인 기반기술을 제공한다.