관형 연소기의 열-음향 진동에 의한 소음 특성 예측

Prediction of Thermo-acoustic Oscillation Characteristics in a Ducted Combustor

일반 내연기관이나 산업용로, 로켓 엔진 등의 기본적인 형상이라고 할 수 있는 관형 연소기에서 발생하는 연소 소음은 열-음향 되먹임 현상에 의해 야기되는 형태가 지배적이며. 심할 경우 시스템의 파괴를 야기할 수도 있는 중요한 문제이다. 본 연구에서는 열-음향 진동중에서도 열-기인 음향 진동으로 분류될 수 있는 현상에 초점을 맞추어 유동장, 음향장 및 연소 반응을 수치적으로 해석하여 여러 주어진 조건에 따른 정상적인 해석뿐만 아니라 음압 수준이나 기본 주파수 예측과 같은 정량적인 결과 도출을 효과적으로 수행할 수 있는 수치적 기법의 개발을 목적으로 하였다. 다양한 당량비를 가진 혼합기에 대해 수치 해석을 수행한 결과 실험 측정치의 경향과 잘 일치할 뿐만 아니라 정량적인 면에서도 상당히 정확한 예측을 할 수 있음을 확인하였다.

Thermoacoustic oscillation is a significant problem in cylindrical-type combustors such as common internal combustion engines, industrial furnaces, gas turbine, etc. This kind of low frequency oscillation can lead to serious consequences such as destruction of the combustor and production of strong noise. The accurate numerical simulation of thermoacoustic phenomena is a complex and challenging problem, especially when considering the chemical reaction of mixtures. As with other simulations of aerodynamics and aeroacoustics, the direct computation of thermoacoustic phenomena requires that Navier-Stokes equations be solved using accurate numerical differentiation and time-marching schemes, with non-reflecting boundary conditions. The numerical approach used here aims at qualitative analysis and efficient prediction of those problems, not at the development of an accurate scheme. The numerical prediction developed in this work is shown to be reasonably matched with experimental result.