Abstract
The cooling of hot exhaust gas is an important issue for the construction of combustor test facility. Water spray is an effective method for exhaust gas cooling due to its large latent heat in process of evaporation. In this study, 1-D analysis has been performed based on continuity, energy conservation, and saturated vapor property to understand water spray cooling of combustion gas. In the exhaust duct of combustor test facility, the injected water decreases combustion gas temperature, and evaporates in the combustion gas. However, some of the injected water is collected in the sump due to condensation. The evaporation of water helps combustion gas cooling, but causes pressure increase inside the exhaust duct due to increase of vapor pressure. These phenomena has been analyzed by 1-D modeling in this study. From 1-D analysis, the adequate mass flow rate of water spray to cool combustion gas and to avoid excessive pressure rise inside the exhaust duct has been decided.
연소기 시험 장치의 구축 시 고온의 연소 가스의 냉각은 중요한 설계요구조건이다. 물 분무(Water spray) 냉각 방식은 증발 과정에서 물의 잠열을 이용하므로, 효과적인 연소 가스 냉각이 가능하다. 본 연구에서는 연소기 시험 설비 구축 과정의 일환으로, 물 분무를 이용한 연소 가스의 냉각을 이해하기 위하여 연속방정식, 에너지 보존식과 포화 증기의 압력-온도 관계식을 이용한 1차원 해석을 수행하였다. 연소기 시험 장치에서 배출되는 고온, 고압의 연소 가스는 냉각수와의 혼합과정에서 배출가스의 온도가 낮아지며, 분무된 물의 일부는 기화하여 연소가스와 함께 배출되고, 일부는 다시 응축 되어 집수조로 모인다. 냉각수는 연소 가스의 온도를 낮춰주는 동시에, 증발된 증기는 연소기 내부의 압력을 증가시키므로 1차원 해석에서 증기의 압력-온도 관계식을 고려하여 해석을 수행하였다. 1차원 해석으로부터 연소가스의 적절한 냉각과 배기 덕트 내부의 압력의 지나친 상승을 피하기 위한 최적의 물 분무량을 확인하였으며, 물 분무 냉각 방식에 대한 물리적 이해를 얻을 수 있었다.