한국항공우주학회지 (Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences)

  • 제37권11호
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  • Pages.1131-1139
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  • 2009
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  • 1225-1348(pISSN)
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  • 2287-6871(eISSN)
한국항공우주학회 (The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences)
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덕트 형상 연소기의 연소불안정에 대한 Semi-Active Control

A Semi-Active Control of the Combustion Instability in a Ducted Premixed Flame

  • 송재천 (서울대학교 기계항공공학부 대학원) ;
  • 송진관 (서울대학교 기계항공공학부 대학원) ;
  • 황정재 (서울대학교 기계항공공학부 대학원) ;
  • 윤영빈 (서울대학교 기계항공공학부) ;
  • 이종근
  • 발행 : 2009.11.01
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초록

연소불안정현상은 주로 음향파와 열방출률 섭동간의 상호작용에 의해 발생한다고 알려져 있다. 이러한 현상은 헬름홀츠 공진기와 같은 수동제어기를 사용하여 감소시킬 수 있다. 그러나 헬름홀츠 공진기는 일반적으로 좁은 주파수대역에 대해서만 효과가 있는 단점을 가진다. 따라서 본 연구에서는 다양한 작동 범위에서 효과를 가질 수 있도록 피스톤을 사용하여 헬름홀츠 공진기의 부피를 변화시켜가며 연소불안정현상에 적용하였다. 그 결과 피스톤을 최적 위치인 40mm에 동조시킴으로써 연소 불안정 모드의 진폭을 크게 감소시킬 수 있었다. 그리고, 연소기와 헬름홀츠 공진기 사이의 동압의 위상차가 흥미로운 관계에 있음을 나타내었다. 또한 헬름홀츠 공진식과 위상차를 이용한 능동적으로 동조되는 수동제어방식에 대해 알아보았다.

Combustion Instabilities are caused by a coupling between acoustic waves and unsteady heat release. They can be eliminated using passive controller such as a Helmholtz resonator. But, Helmholtz resonator is normally only effective over a narrow frequency range. In this work, Helmholtz resonator is applied for reducing the combustion oscillations and we vary the Helmholtz resonator volume using piston in oder to tune in the wide range of operating conditions. As the result, it is found that the dominant combustion oscillations can be largely reduced by optimizing the size of resonator volume. And, interesting relation for phase difference of dynamic pressure both combustor and the helmholtz resonator are presented in this paper. Also, we investigate semi-active control using Helmholtz equation and phase difference.

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참고문헌

  1. Morgans, A. S., Dowling, A. P., “Feedback Control of Combustion Oscillations“, Annual Review of Fluid Mechanics 37, 2005, pp. 151-182. https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.36.050802.122038
  2. McManus, K. R., Poinsot, T., Candel, S. M., “A Review of Active Control of Combustion Instabilities“, Progress in Energy and Combustion Science 19, 1993, pp. 1-29. https://doi.org/10.1016/0360-1285(93)90020-F
  3. Harrje, D. J., Reardon, F. H. (eds.), “Liquid Propellant Rocket Combustion Instability“, NASA SP-194, 1972.
  4. Yang, V., Anderson, W. E., "Liquid Rocket Engine Combustion Instability“, Progress in Astronautics and Aeronautics, Vol. 169, AIAA, 1995, pp. 377-399.
  5. Richards, G. A., Straub, D. L., Robey, E. H., “Passive Control of Combustion Dynamics in Stationary Gas Turbines“, Journal of Propulsion and Power 19, 2003, pp. 795-810. https://doi.org/10.2514/2.6195
  6. Ryan, M. W., “Adaptive-Passive Vibration Control“, M. Sc. Thesis, Purdue University, 1994.
  7. De Bedout, J. M., Franchek, M. A., Bernhard, R. J., and Mongeau, L., “Adaptive-Passive Noise Control with Self-Tuning Helmholtz Resonators”, Journal of Sound and Vibration 202(1), 1997, pp. 109-123. https://doi.org/10.1006/jsvi.1996.0796
  8. Yamanaka, S., Shioda, K., "Application of the Helmholtz Resonator for Reducing the Combustion Oscillation in Gas turbines“, Proceedings of the International Gas turbine Congress (IGTC-TS-146), 2003.
  9. Zhao, D., Morgans, A. S., “Tuned Passive Control of Combustion Instabilities using Multiple Helmholtz Resonators“, Journal of Sound and Vibration 320, 2009, pp. 744-757. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2008.09.006
  10. Zhao, D., A'Barrow, C., Morgans, A. S., Carrotte, J., “Acoustic Damping of a Helmholtz Resonator with an Oscillating Volume“, AIAA Journal, vol. 47, issue 7, 2009, pp. 1672-1679. https://doi.org/10.2514/1.39704
  11. Kinsler, L. E., Frey, A. R., Coppens, A. B., Sanders, J. V., “Fundamentals of Acoustics, Wiley“, New York, 2000.
  12. Campreale, S. M., Forte, A., Fortunato, B., Mastrovito, M. and Ferrante, A., "Numerical Simulation of the Acoustic Pressure Field in an Annular Combustion Chamber with Helmholtz Resonator“, ASME paper GT2004-54139, 2004.
  13. Zukoski. E.E., Flame Stabilization of Bluff Bodies at Low and Intermediate Reynolds Numbers, Ph.D. Thesis, 1954.
  14. Zinn, B. T., "A Theoretical Study of Nonlinear Damping by Helmholtz Resonators“, Journal of Sound and Vibration 13(3), 1970, pp.347-356. https://doi.org/10.1016/S0022-460X(70)80023-2