$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

아크 플라즈마 유동에 삽입된 엔탈피 탐침의 동작특성 실험

Experimental analysis on the characteristics of enthalpy probe immersed in arc plasma flow

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.38 no.12, 2010년, pp.1240 - 1246  

서준호 (전북대학교 고온플라즈마 응용연구센터) ,  남준석 (서울대학교 원자핵공학과) ,  최성만 (전북대학교 항공우주공학과) ,  홍봉근 (전북대학교 고온플라즈마 응용연구센터) ,  홍상희 (서울대학교 원자핵공학과)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

내경 1.5 mm, 외경 4.8 mm를 갖는 엔탈피 탐침을 설계 제작하고, 17 kW급 비이송식 직류 아크히터로부터 나오는 고엔탈피 Ar 아크 플라즈마 유동의 중심축을 따라 삽입하면서 탐침 첨두가 파괴될 때까지 온도와 속도를 측정하였다. 이 실험으로부터, 설계된 엔탈피 탐침은 대기압 조건에서 최대 12,000 K 의 온도와 600 m/s 의 속도를 갖는 고엔탈피아크 플라즈마 유동장에 대해 탐침 첨두의 파괴 없이 동작할 수 있음을 관찰하였다. 탐침첨두에서 형성되는 비압축성 열경계층 및 열속 방정식으로부터 이 경우의 아크 플라즈마 유동은 약 ${\sim}5{\times}10^7\;W/m^2$의 열속 부하를 전달한 것으로 추측되었다. 이로부터, 설계된 엔탈피 탐침은 $0{\sim}5{\times}10^7\;W/m^2$의 열속 범위 내에서 다양한 형태의 아크히터로부터 발생되는 넓은 범위의 플라즈마 온도, 속도 및 농도를 동시에 측정할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Enthalpy probe with the inner and outer diameters of 1.5 mm and 4.8 mm, respectively, is designed and used to measure the temperatures and velocities along the centerline of Ar arc plasma flow until the probe was destroyed. For this purpose, Ar arc plasma flow is generated by non-transferred type DC...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 4 MW 급 아크히터 장비와 관련 부대 지원 설비를 구축 중에 있으며, 특히, 구축한 아크히터로부터 발생되는 아크 플라즈마 유동의 온도, 속도 및 엔탈피 특성을 동시에 진단하기 위해 엔탈피 탐침법의 적용 가능성을 검토하고 있다. 본 논문에서는 내경 1.5 mm, 외경 4.8 mm를 갖는 엔탈피 탐침을 설계 제작하고, 이를 17 kW급 비이송식 직류 아크히터로부터 나오는 고엔탈피 Ar 아크 플라즈마 유동에 삽입하여, 설계된 탐침이 견딜 수 있는최대 열속 부하 조건에서 플라즈마 온도와 속도 측정 실험을 수행함으로써, 향후, 구축 예정인2.4 MW 급 아크히터 장치의 기본 진단기법으로서의 타당성을 살펴보고자 한다. 이 실험에서 사용된 17 kW급 비이송식 직류 아크히터의 경우, 2.

가설 설정

  • 또한, 본 논문에서는 실험이 상압에서 수행되었으므로, 마하수가 상대적으로 작은 비압축성 유동일 것으로 기대할 수 있고, 이에 따라, # 역시 상압이라 가정하였다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
엔탈피 탐침은 무엇인가?  본 논문에서 특성해석을 수행하고자 하는 엔탈피 탐침은 Fig. 1에 보인 바와 같이, 탐침 내경을 통해 플라즈마 기체를 통과시킬 수 있는 수냉식 정압/기체포집 탐침으로서, 5,000 K 이상의 고온 플라즈마 유동 내에 삽입하여 플라즈마의 엔탈피, 온도, 속도 등을 한꺼번에 계측할 수 있도록 고안된 장치이다(3-6). 이 중, 엔탈피 탐침을 이용한 플라즈마 엔탈피 및 온도 측정은, 탐침 내부를 통해 일정하게 포집된 플라즈마 기체가 탐침을 빠져 나가면서 겪는 엔탈피의 변화를 탐침 냉각수 온도 상승을 통해 알아냄으로써 가능하다.
2025년까지 열차폐체 개발 및 아크 플라즈마 유동을 만들어 낼 수 있는 지상 공력가열장치의 확보가 완료되어야 하는 이유는 무엇인가?  2008년에 발표된 우주개발사업 세부실천로드맵에 따르면, 우리나라는 로드맵 마지막 단계인 2025년-2030년 사이에 달 착륙 탐사선을 보낼 계획을 가지고 있다. 이 로드맵의 마지막 단계에서 달 착륙 탐사선이 3He 등 달에 풍부한 자원 샘플을 담고 무사히 지구로 귀환하기 위해서는 달-지구 전이 궤도를 따라 재진입 비행을 성공적으 로 수행하여야 한다. 통상적으로 재진입 비행체는 약 11 km/s의 속도로 지구 대기로 진입하게 되며 이 속도에서 겪는 대기 상부 공기와의 마찰때문에 약 11,000 K 온도의 플라즈마 상태에서 형성되는 충격파를 겪으면서 감속된다. 이 후, 마하 수 2 정도의 속도에 이르면, 낙하산을 펴고 착륙을 시도하는 것이 일반적이다(1-2). 따라서, 우주개발 로드맵의 마지막 단계인 2025년까지는 지구 재진입 비행과 같은 극한 상황에서도 견뎌낼수 있는 열차폐체 개발이 완료되어야 하며, 이와동시에 개발된 열차폐체 및 시스템의 지상 검증을 수행할 수 있는, 11,000 K 이상의 온도와 마하 2 이상의 속도를 가진 아크 플라즈마 유동을 만들어 낼 수 있는 지상 공력가열장치의 확보가 필수적이다.
엔탈피 탐침을 이용한 플라즈마 엔탈피 및 온도 측정은 어떻게 가능한가? 1에 보인 바와 같이, 탐침 내경을 통해 플라즈마 기체를 통과시킬 수 있는 수냉식 정압/기체포집 탐침으로서, 5,000 K 이상의 고온 플라즈마 유동 내에 삽입하여 플라즈마의 엔탈피, 온도, 속도 등을 한꺼번에 계측할 수 있도록 고안된 장치이다(3-6). 이 중, 엔탈피 탐침을 이용한 플라즈마 엔탈피 및 온도 측정은, 탐침 내부를 통해 일정하게 포집된 플라즈마 기체가 탐침을 빠져 나가면서 겪는 엔탈피의 변화를 탐침 냉각수 온도 상승을 통해 알아냄으로써 가능하다. 플라즈마 속도의 경우, 마하 수가 작을 때, 플라즈마 불꽃에 삽입된 엔탈피 탐침을 수냉식 피토관처럼 사용하여 전압(Total pressure)을 측정하고 베르누이 방정식에 대입하여 계산해 낼 수 있다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (11)

  1. 박철, "A Road Map to the Moon", 한국항공우주학회 2008년도 추계학술발표회 논문집 2, Nov., 2001, pp. 1292-1296. 

  2. Filippis, F. D., Vecchio, A. D., Martucci, A., Trifoni, E., Marraffa, L., Savino, R., Paterna, D., "70 MW Plasma wind tunnel up-grades for ESA AURORA TPS testing", 4th International planetary probe workshop, 27 June - 30 June, 2006, Pasadena, CA, USA. 

  3. Gray, J., Jacobs, P. F., Sherman, M. P., "Calorimetric probe for the measurement of extremely high temperatures", Rev. Sci. Instrum., Vol. 33(7), 1962, pp. 738-741. 

  4. Swank, W. D., Fincke, J.R., Haggard, D.C., "Modular enthalpy probe and gas analyzer for thermal plasma measurements", Rev. Sci. Instrum., Vol. 64, 1993, pp. 56-62. 

  5. Rahmane, M., Soucy, G., Boulos, M.I., "Analysis of the enthalpy probe technique for thermal plasma diagnostics", Rev. Sci. Instrum., Vol. 66(6), 1995, pp. 3424-3431. 

  6. Fincke, J.R., Swank, W. D., Snyder, S.C., Haggard, D.C., "Enthalpy probe performance in compressible thermal plasma jets", Rev. Sci. Instrum., Vol. 64(12), 1993, pp. 3585-3593. 

  7. Sibulkin, M., "Heat transfer near the forward stagnation point of a body of revolution", J. Aeronautical Sciences, 1952, pp. 570-571. 

  8. Boulos, M.I., Fauchais, P., Pfender, E., "Thermal Plasmas : Fundamentals and Applications Volume I", Plenum Press, 1994. 

  9. www.vatell.com 

  10. www.hukseflux.com 

  11. Blais, A., Jodoin, B., Dorier, J. L., Hollenstein, C., "Inclusion of aerodynamic non-equilibrium effects in supersonic plasma jet enthalpy probe measurements", J. Therm. Spray Technol. Vol. 14(3), 2005, pp. 342-353. 

저자의 다른 논문 :

섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트