• Nuclear Engineering and Technology
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• 제53권10호
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• pp.3286-3297
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• 2021

The released hydrogen can be ignited even with weak ignition sources. This emphasizes the importance of the hydrogen flammability evaluation to prevent catastrophic failure in hydrogen related facilities including a nuclear power plant. Historically numerous attempts have been made to determine the flammability limit of hydrogen mixtures including several diluents. However, no analytical model has been developed to accurately predict the limit concentration for mixtures containing radiating gases. In this study, the effect of H₂O and CO₂ on flammability limit was investigated through a numerical simulation of lean limit hydrogen flames. The previous flammability limit model was improved based on the mechanistic investigation, with which the amount of indirect radiation heat loss could be estimated by the optically thin approximation. As a result, the sharp increase in limit concentration by H₂O could be explained by high thermal diffusivity and radiation rate. Despite the high radiation rate, however, CO₂ with the lower thermal diffusivity than the threshold cannot produce a noticeable increase in heat loss and ultimately limit concentration. We concluded that the proposed mechanistic analysis successfully explained the experimental results even including radiating gases. The accuracy of the improved model was verified through several flammability experiments for H₂-air-diluent.

• 한국안전학회지
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• 제9권1호
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• pp.83-88
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• 1994

The change of flammability limit of n-heptane by the addition of halogenated hydrocarbon was studied. Experimental results showed that halogenated hydrocarbon has a combustion suppression effect and the heat capacity was a Important factor on the flammability limit. The combustion suppression effect of halogenated hydrocarbon was lower than halon, but higher than nitrogen, and the order of effect was $C_3$C1$_3$F$_3$> $C_2$HC1$_2$F$_3$> $C_2$H$_2$F$_4$.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제51권7호
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• pp.1749-1757
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• 2019

Predicting lower flammability limits (LFL) of hydrogen has become an ever-important task for safety of nuclear industry. While numerous experimental studies have been conducted, LFL results applicable for the harsh environment are still lack of information. Our aim is to develop a calculated non-adiabatic flame temperature (CNAFT) model to better predict LFL of hydrogen mixtures in nuclear power plant. The developed model is unique for incorporating radiative heat loss during flame propagation using the CNAFT coefficient derived through previous studies of flame propagation. Our new model is more consistent with the experimental results for various mixtures compared to the previous model, which relied on calculated adiabatic flame temperature (CAFT) to predict the LFL without any consideration of heat loss. Limitation of the previous model could be explained clearly based on the CNAFT coefficient magnitude. The prediction accuracy for hydrogen mixtures at elevated initial temperatures and high helium content was improved substantially. The model reliability was confirmed for $H_2-air$ mixtures up to $300^{\circ}C$ and $H_2-air-He$ mixtures up to 50 vol % helium concentration. Therefore, the CNAFT model developed based on radiation heat loss is expected as the practical method for predicting LFL in hydrogen risk analysis.

• 한국안전학회지
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• 제15권3호
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• pp.71-77
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• 2000

The aim of this study is to investigate the temperature dependence of the lower explosive limit(LEL) at elevated temperature. The temperature dependence of the lower explosive limit is one of the significant indices of flammability and combustibility. By using the literature data, the new equations for predicting the temperature dependence of the lower explosive limits for paraffinic hydrocarbons are proposed. The values calculated by the proposed equations were a good agreement with the literature data. It is hoped eventually that this proposed equations will support the use of the prediction for the lower explosive limit and the flash points of the flammable mixtures.

• 한국추진공학회지
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• 제16권3호
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• pp.16-23
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• 2012

정상초음파의 교반이 메탄/공기 예혼합화염의 동역학적 거동에 미치는 영향을 규명하는 실험 결과를 본 연구에서 제시한다. 슐리렌 기법을 이용하여 전파하는 화염을 가시화하였고, 이미지 후처리를 통해 정상초음파 유무에 따른 화염선단의 전파속도를 상세히 관찰하였다. 전파속도는 이론당량비에서 정상 초음파가 교반하는 경우에 크게 증가하였으며, 당량비가 연소 상한계 혹은 연소 하한계로 벗어남에 따라 교반의 효과는 감소하였다. 정상초음파장은 화염 구조의 왜곡을 동반하고, 그 변이 형상은 교반하는 초음파장의 특성에 전적으로 종속하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권2호
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• pp.385-393
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• 2022

수소는 지구 온난화의 주범인 온실가스(GHG) 배출을 감소시키고 선박용 친환경 연료로서 대두되고 있다. 수소는 가연 하한계(Lower Flammability Limit, LFL)가 4 ~ 75 %이고 폭발 위험성이 큰 물질이다. 그래서 선박용으로 사용되려면 누출에 대비한 안전성이 충분히 확보되어야 한다. 본 연구에서는 수소탱크 저장실에서 수소 누출이 발생한 경우, 급·배기구의 면적 변화가 환기 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 급·배기구의 면적은 1A = 740 mm × 740 mm이며 저장실 표면에 크기 및 위치 변경이 쉽도록 설정하였다. CFD 상용 소프트웨어인 ANSYS CFX ver 18.1을 이용하여 급·배기구의 면적을 1A, 2A, 3A, 5A로 변경하였고, 면적 변화에 따른 저장실 내의 수소 몰분율을 분석하였다. 그 결과 급기구 면적이 배기구 면적 증가에 비해 누출 수소의 농도를 더 감소시켰으며 단일 급기구보다 최소 2A 이상에서 환기 성능이 향상되었다. 급기구의 면적이 증가할수록 수소 층화가 저장실 상부부터 균일하게 형성되었지만 LFL 범위는 벗어나 있었다. 그러나 배기구는 면적을 단순히 증가하는 것만으로는 환기 성능에 미치는 영향은 미비하였다.

• 한국가스학회지
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• 제16권5호
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• pp.41-46
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• 2012

인화점은 공기 속 가연성 증기의 농도가 연소하한계(lower flammability limit)에 도달할 때의 최저 온도이며, 산업현장에서 사용하는 물질들의 화재와 폭발의 위험성을 결정하는 중요한 물성치이다. 단일 성분의 인화점 정보는 여러 문헌에서 얻을 수 있으나, 이성분계 혼합물의 인화점은 충분히 제공되어 있지 않다. 본 연구에서는 tert-pentanol+n-decanel 계의 인화점을 Tag 개방식 장치를 이용하여 측정하였다. 실험값은 Raoult의 법칙과, Wilson 식과 NRTL 식을 활용한 최적화 기법에 의해 계산된 값들과 비교되었다. 최적화 기법에 의한 계산값이 Rauolt의 법칙에 의한 계산값 보다 실험값에 더욱 근접하였다.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2002년도 제25회 KOSCI SYMPOSIUM 논문집
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• pp.19-24
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• 2002

Recent studies of a triple flame suggested that the presence of triple point (triple line in this planar configuration) could explain the mechanisms of stable fuel-lean premixed flames with equivalence ratio lower than the flammability limit. In the present study, for better understanding of the stability mechanisms of fuel rich-lean premixed flames, the fuel-rich flames were replaced with hot coils that will provide heat flux into the fuel-lean flames. It is found that the fuel-lean premixed flames could be stabilized without any triple point (triple line): however, the equivalence ratio limit for stable fuel-lean flame in this case is higher than that of the present work with the presence of fuel-rich flames. These results demonstrate that heat flux coming from fuel-rich flames should be considered in order to properly understand the roll of a triple flame for stable fuel rich-lean flames.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제15권4호
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• pp.348-354
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• 2004

Hydrogen gas has several merits such as lower ignition energy, wide flammability and shorter quenching distance. It leads to high thermal efficiency but backfire occurrence. In this study, feasibility of expansion of BFL(Back-Fire Limit) equivalence ratio and combustion characteristics by a dilution of hydrogen fuel are experimently examined by using experimental heavy duty single cylinder hydrogen fueled engine. As results, it is found that BFL equivalence ratio is expanded to rich range and torque is increased.

• 한국가스학회지
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• 제10권1호
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• pp.19-25
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• 2006

폭발한계는 가연성물질의 화재 및 폭발 위험성을 결정하기 위해 사용되는 중요한 연소 특성치 가운데 하나이다. 폭발한계는 상대 연소에 따라 가연성물질을 구분하는데 사용된다. 이런 구분은 가연성물질의 안전한 취급, 처리, 수송을 위해서 중요하다. 본 연구에서는 가연성혼합물의 구성하는 각 순수성분의 연소열과 기상 조성을 이용하여 폭발한계를 예측하였다. 제시된 방법론에 의한 계산값은 적은 오차범위에서 문헌값과 일치하였다. 따라서 제시된 결과로부터 가연성혼합물의 폭발특성치 예측 방법과 다른 가연성혼합물의 폭발한계 예측에 폭넓게 적용되기를 기대한다.