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고속비행체 연료의 초임계조건에서 열분해반응 연구
Thermal Decomposition of High Speed Aircraft Fuel in Supercritical Phase 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.15 no.5 = no.66, 2011년, pp.1 - 9  

김중연 (고려대학교 화공생명공학과) ,  박선희 (고려대학교 화공생명공학과) ,  전병희 (고려대학교 화공생명공학과) ,  김성현 (고려대학교 화공생명공학과) ,  정병훈 (국방과학연구소 1기술연구본부5부) ,  한정식 (국방과학연구소 1기술연구본부5부)

초록
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비행체 속도를 증가시키기 위한 극초음속 항공기 기술 연구가 그동안 진행되어 왔다. 하지만 비행체의 속도증가는 비행체 구조의 변형을 유발할 수 있는 열적부하를 야기한다. 이러한 열적부하 처리를 위해 탄화수소형 흡열연료를 이용한 비행체 냉각에 대한 연구가 미국, 프랑스, 러시아 등 선진국에서 이루어지고 있다. 흡열연료(Endothermic fuels)는 열분해 또는 촉매분해와 같은 흡열반응(Endothermic reaction)을 통해 열을 흡수하는 액체 탄화수소 비행체 연료이다. 본 연구에서는 흡열연료의 모델연료로써 methylcyclohexane, n-octane, n-dodecane을 선정하여 흡열특성 연구를 진행하였다. 실험조건은 흡열연료가 사용되는 각 연료의 초임계 조건이며 온도별 분해율 분석, 열분해 생성물분석, 흡열량 계산을 수행하였다. 본 연구의 목표는 모델연료의 흡열특성을 규명함으로써 실제 비행체에 널리 사용되는 케로신 연료의 흡열특성 예측에 기여하는 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Researches on hypersonic aircraft technologies have been carried out to increase flight speeds. However, increase in flight speeds causes heat loads that could lead structural change of aircraft's component. Researches on cooling technologies using endothermic fuels are progressing in the USA, Franc...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 일반적으로 케로신연료는 다양한 탄화수소들이 혼합되어 있기 때문에 흡열 특성을 해석하기가 복잡하다. 따라서 본 연구에서는 케로신연료에 포함되어 있는 주요 물질들을 모델연료로 선정하여 흡열특성 연구를 진행하였다. 본 연구의 목표는 모델연료의 흡열특성을 규명함으로써, 실제 비행체에 널리 사용되는 케로신연료의 흡열특성을 예측하는 데에 기여하는 것이다.
  • 본 연구에서는 비행체 냉각에 이용되는 흡열 연료의 흡열특성 연구를 수행하였다. 실제 비행체에 사용되는 탄화수소 연료는 흡열특성해석이 어렵기 때문에 단순한 구조이거나, 케로신 연료에 포함되어 있는 주요물질들을 대상연료(메틸사이클로헥산, n-옥탄, n-도데칸)로써 선정하여 흡열특성 연구를 진행하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 케로신연료에 포함되어 있는 주요 물질들을 모델연료로 선정하여 흡열특성 연구를 진행하였다. 본 연구의 목표는 모델연료의 흡열특성을 규명함으로써, 실제 비행체에 널리 사용되는 케로신연료의 흡열특성을 예측하는 데에 기여하는 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
흡열연료는 무엇인가? 고온에서 열분해반응 또는 촉매분해 반응을 통해 열을 흡수하면서 분해가 되는 특성을 지닌 연료를 흡열연료라고 하며, 흡열연료로부터 얻을 수 있는 흡열량(Heat sink)은 물리적인 흡열과 화학적인 흡열에서 비롯된다. 물리적 흡열은 연료의 온도 상승에 수반되는 현열(Sensible heat) 이고, 화학적 흡열은 연료의 분해반응에 수반되는 반응열(Heat of reaction)로서 촉매에 의해 극대화 될 수 있다[2].
고속비행체의 냉각을 위해 기존에 이용되고 있는 냉각방법은 무엇이 있었는가? 고속비행체의 냉각을 위해 기존에 이용되고 있는 기술로써 공냉방식 냉각법과 극저온 연료 (액체수소, 액체메탄)를 이용한 냉각법이 있었다. 그러나 극초음속 비행에서 공기는 오히려 비행체와의 마찰열을 야기시키고, 극저온 연료는 부피가 크고 저온저장이 요구되기 때문에 운용성에서 문제가 있다[1].
흡열연료로부터 얻을 수 있는 흡열량 중 물리적 흡열은 무엇에 의해 수반되는가? 고온에서 열분해반응 또는 촉매분해 반응을 통해 열을 흡수하면서 분해가 되는 특성을 지닌 연료를 흡열연료라고 하며, 흡열연료로부터 얻을 수 있는 흡열량(Heat sink)은 물리적인 흡열과 화학적인 흡열에서 비롯된다. 물리적 흡열은 연료의 온도 상승에 수반되는 현열(Sensible heat) 이고, 화학적 흡열은 연료의 분해반응에 수반되는 반응열(Heat of reaction)로서 촉매에 의해 극대화 될 수 있다[2].
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참고문헌 (11)

  1. D. R. Sobel et al., "Hydrocarbon Fuel Cooling Technologies for Advanced Propulsion," J. Eng. Gas. Turb. Power., Vol. 119, 1997, pp.344-351 

  2. 김중연, 박선희, 전병희, 김성현, 정병훈, 한정식, "흡열연료를 이용한 고속비행체 냉각기술 동향," 한국추진공학회지, 제14권, 제2호, 2010, pp.71-79 

  3. Y. Wang et al., "Pure Hydrogen Production by Partial Dehydrogenation of Cyclohexane and Methylcyclohexane over Nanotube-Supported Pt and Pd Catalysts," Energy & Fuels, Vol. 18, No. 5, 2004, pp.1429-1433 

  4. A. A. Shukla et al., "Efficient Hydrogen Supply through Catalytic Dehydrogenation of Methylcyclohexane over Pt/metal Oxide Catalysts," Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 35, No. 9, 2010, pp.4020-4026 

  5. J. S. Jung et al., "Catalytic Cracking of n-octane over Alkali-Treated MFI Zeolites," Appl. Catal. A., Vol. 288, No. 1-2, 2005, pp.149-157 

  6. M. Steijns et al., "Hydroisomerization and Hydrocracking. 2. Product Distributions from n-Decane and n-Dodecane," Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., Vol. 20, No. 4, 1981, pp.654-660 

  7. J. M. Campelo et al., "Hydroconversion of n-dodecane over Pt/SAPO-11 Catalyst," Appl. Catal. A., Vol. 170, No. 1, 1998, pp.139-144 

  8. G. Padmavathi et al., "Kinetics of n-dodecane Dehydrogenation on Promoted Platinum Catalyst," Chem. Eng. Sci., Vol. 60, No. 15, 2005, pp.4119-4129 

  9. H. Huang et al., "Fuel-Cooled Thermal Management for Advanced Aeroengines," J. Eng. Gas. Turb. Power., Vol. 126, No. 2, 2004, pp.284-293 

  10. M. Bajus et al., "Steam Cracking of Hydrocarbons. 2. Pyrolysis of Methylcyclohexane," Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., Vol. 18, No. 2, 1979, pp.135-142 

  11. D. T. Wickham et al., "Additives to Improve Fuel Heat Sink Capacity in Air/Fuel Heat Exchangers," J. Propul. Power., Vol. 24, No. 1, 2008, pp.55-63 

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