본 연구는 금속수소가 장입된 압력용기의 열교환을 통해 금속수소에서 수소가 흡•방출되기 위한 온도 제어 특성을 확인하였다. 압력용기 내부의 열교환 효율을 높여 용기 내부에 위치한 고체수소의 온도 60℃에서 수소의 방출을 효과적으로 제어하여 수소사용을 안정적으로 할 수 있도록 하는 형태에 대한 열해석이 필요하다. 이를 위해 압력용기 내부에 water를 사용하는 코일형 tube와 외부에 워터자켓을 적용한 용기를 모델링하였고, 총 6가지 유량 조건(0.05 ~ 0.30 kg/s)에 대해 열해석을 수행하였다. 해석 결과, 0.05 kg/s를 제외한 0.10 kg/s 이상에서 금속수소화물의 평균 온도가 약 59℃까지 상승하는 것을 확인하였다. 유량이 증가함에 따라 목표온도에 도달하는 시간은 단축되지만 효율이 점차 감소하는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 향후 실험적 검증 및 시스템 제작을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 압력용기 노즐에서 발생하는 응력에 대해 노즐 주변의 보강재 설치가 미치는 영향을 확인하였으며, 수치해석을 통해 압력용기 쉘과 노즐에서 발생하는 응력을 분석하였다. 압력용기 노즐의 응력을 확인하기 위해 상용 프로그램인 ANSYS Mechanical을 사용하여 수치해석을 진행하였으며, 수치해석은 보강재가 없는 기존의 압력용기와 보강재를 추가한 압력용기를 모델링하여 수치해석을 진행하였다. 수치해석 결과 보강재를 적용한 압력용기가 쉘과 노즐에 집중된 응력을 분산시킬 수 있음을 알 수 있으며, 보강재를 적용하지 않은 기존 모델보다 보강재를 적용한 수정 모델의 최대 응력이 약 30MPa 낮게 발생하는 것을 확인하였다.

본 연구는 금속수소가 장입된 압력용기의 열교환을 통해 금속수소에서 수소가 흡•방출되기 위한 온도 제어 특성을 확인하였다. 압력용기 내부의 열교환 효율을 높여 용기 내부에 위치한 고체수소의 온도 60℃에서 수소의 방출을 효과적으로 제어하여 수소사용을 안정적으로 할 수 있도록 하는 형태에 대한 열해석이 필요하다. 이를 위해 압력용기 내부에 water를 사용하는 코일형 tube와 외부에 워터자켓을 적용한 용기를 모델링하였고, 총 6가지 유량 조건(0.05 ~ 0.30 kg/s)에 대해 열해석을 수행하였다. 해석 결과, 0.05 kg/s를 제외한 0.10 kg/s 이상에서 금속수소화물의 평균 온도가 약 59℃까지 상승하는 것을 확인하였다. 유량이 증가함에 따라 목표온도에 도달하는 시간은 단축되지만 효율이 점차 감소하는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 향후 실험적 검증 및 시스템 제작을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 압력용기 노즐에서 발생하는 응력에 대해 노즐 주변의 보강재 설치가 미치는 영향을 확인하였으며, 수치해석을 통해 압력용기 쉘과 노즐에서 발생하는 응력을 분석하였다. 압력용기 노즐의 응력을 확인하기 위해 상용 프로그램인 ANSYS Mechanical을 사용하여 수치해석을 진행하였으며, 수치해석은 보강재가 없는 기존의 압력용기와 보강재를 추가한 압력용기를 모델링하여 수치해석을 진행하였다. 수치해석 결과 보강재를 적용한 압력용기가 쉘과 노즐에 집중된 응력을 분산시킬 수 있음을 알 수 있으며, 보강재를 적용하지 않은 기존 모델보다 보강재를 적용한 수정 모델의 최대 응력이 약 30MPa 낮게 발생하는 것을 확인하였다.

본 연구에서는 선박용 디젤 엔진에서 배출되는 입자상물질의 저감을 위한 전기 집진기의 설계를 위해 전기 집진기 내부의 최적 집진판 간격 및 전기 집진기의 성능을 실험을 통해 확인하였다. 또한 실험을 통해 확인하기 어려운 전기 집진기 내부의 유동 균일도를 수치 해석을 통해 파악하였다. 집진판의 간격에 따른 전류 및 전압을 분석하여 최적의 집진판 간격을 선정하였으며, 집진 효율을 확인하였다. 또한 수치 해석을 통해 내부 유속을 확인하여 전기 집진기의 유동 균일도를 계산하였으며, 응력 및 변형을 확인하여 구조 안전성을 평가하였다. 그 결과 집진판의 간격이 15 mm일 때 안정적이며, 80% 이상의 집진 효율을 확인하였다. 또한 수치 해석을 통해 92% 이상의 유동 균일도를 관찰하였으며, 구조적으로 안전함을 확인하였다.

SI 엔진의 경우, 전부하(full load)에서는 펌핑 손실이 미치는 영향이 미미하지만, 부분부하(part load) 조건에서는 펌핑 손실이 증가한다. 펌핑 손실을 피하기 위해, 점화 점화식(spark-ignited) 엔진은 가솔린을 연소실로 직접 분사하도록 설계된다. 점화 점화식 직접분사 엔진에서 점화 확률은 성공적인 연소에 중요하며, 또한 화염 전파 특성은 예혼합(pre-mixed) 연소와도 다르다. 본 논문에서는 점화 점화식 직접분사 CNG 연료의 점화 확률과 연소 화염 특성을 연구하기 위한 시각화 실험 시스템을 설계하였다. 이 시각화 시스템은 연소실, 연료 공급 시스템, 공기 공급 시스템, 전자 제어 시스템 및 데이터 취득 시스템으로 구성된다. CNG-공기 혼합물의 점화 확률과 화염 전파 특성에 영향을 주는 중요한 매개변수로서 주위 압력, 주위 온도 및 주위 공기 유동 속도가 확인되었으며, 적절한 주위 조건에서는 분사된 CNG 연료가 스파크 플러그(spark-plug)에 의해 직접 점화될 수 있다. 모든 성공적인 점화의 경우, 화염 전파 이미지는 강화형 CCD(intensified CCD) 카메라로 디지털 기록되었고, 화염 전파 특성은 분석되었다.

점화플러그 점화식(spark-ignition) 엔진의 부분부하 조건에서는 펌핑 손실이 엔진 효율에 큰 영향을 미친다. 펌핑 손실을 줄이기 위해, 본 연구는 가솔린을 연소실로 직접 분사하도록 하는 점화 점화식 엔진을 설계하였다. 점화 점화식 직접분사 엔진에서는 점화 확률이 성공적인 연소와 화염 전파 특성에 중요하며, 예혼합 연소와는 화염 전파 특성이 다르다. 본 연구는 점화 점화식 직접분사 LPG 연료의 점화 확률과 연소 화염 특성을 규명하기 위한 시각화 시험 장치를 설계하였다. 이 시각화 장치는 연소실, 연료 공급 시스템, 공기 공급 시스템, 전자 제어 시스템, 데이터 획득 시스템으로 구성된다. 주변 압력, 주변 온도 및 주변 공기 유동 속도는 LPG-공기 혼합기의 점화 확률 및 화염 전파 특성에 중요한 변수이며, 연구 결과 적절한 주변 조건에서는 분사된 LPG 연료가 점화플러그에 의해 직접 점화될 수 있음을 확인하였다. 모든 점화 성공 사례에 대해, 본 연구는 ICCD 카메라를 통해 디지털 방식으로 화염 전파 이미지를 기록하였고, 그 화염 전파 특성을 분석하였다.

압축착화식 디젤 엔진은 연료 효율을 향상시키고 배기가스 중 $C{O}_2$를 낮춘다. 또한 해당 엔진에 대체연료(혼합연료)를 적용하는 데 적합하다. 본 연구의 목적은 EF(Emulsified fuel)를 사용한 디젤 엔진의 배출 저감이다. 유화연료는 디젤과 과산화물($H_2{O}_2$)로 구성되며, 과산화물의 열분해를 통해 즉, 실제 엔진에서 OH 라디칼의 화학적 효과를 이용함으로써 NOx 배출의 악화 없이 그을음(soot) 저감에 도달할 수 있다. 유화연료 제조를 위해 span 80과 tween 80을 9:1로 혼합한 계면활성제를 사용하였고, 이를 전체 연료 부피의 3%로 에멀전 연료에 혼합하였다. 또한 계면활성제의 혼합비를 고려하여, 유화연료에서 $H_2{O}_2$의 혼합비를 각각 EF0, EF2, EF12, EF22, EF32, EF42로 설정하였다. 그 결과, 본 연구는 디젤 엔진에 적용하는 유화연료에 대해 연료 설계(혼합) 최적화를 확보하는 것을 목표로 한다.