자발광 및 레이저 계측기법을 이용한 모형 가스터빈 연소기에서 화염구조 분석

Study of Flame Structure by Chemiluminescence and Laser Diagnostics in Model Gas Turbine Combustor

연소불안정 현상을 제거하거나 효과적으로 제어하기 위해서는 화염구조에 대한 이해가 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 OH 자발광 및 He-Ne 레이저 광흡수 계측기법을 이용하여 연소불안정과 화염구조사이의 상관관계에 대한 실험적 연구를 다양한 실험조건에서 수행하였다. 실험에서는 673K로 가열되어진 swirl 형태로 공급되는 건조한 공기와 LNG(CH4) 연료를 사용하였으며 전체 당량비는 1.2 조건에서 속도를 25 ~ 70 m/s까지 바꾸어가며 실험을 수행하였다. 이를 통하여 연소불안정 현상이 낮은 속도조건과 높은 속도조건에서 발생하는 것을 확인할 수 있었고, 낮은 속도조건의 불안정에서는 화염의 와동구조가 연소불안정현상에 영향을 끼친다는 것을 알 수 있었다.

To eliminate the onset of combustion instabilities and develop effective approaches for control, flame structure is very important. In this study, we conducted experiments under various operating conditions with a model gas turbine combustor to examine the relation of combustion instability and flame structure by OH chemiluminescence and laser diagnostics of He-Ne laser absorbtion system. The swirling LNG(CH4)/air flame was investigated with overall equivalence ratio of 1.2 and dump plane fuel-air mixture velocity 25 ~ 70 m/s. We founded that the combustion instability phenomenon occurs at lower mixing velocity and higher mixing velocity conditions. We also concluded that fluid dynamical vortex frequency has major effects on the combustion instability characteristics at lower mixing velocity condition.