Design Improvement of Baffle Injector Using Conjugate Heat Transfer Analysis

Baffle injectors are protruded into the combustion chamber and form an anti-pulsating baffle to prevent high-frequency combustion instabilities in transverse modes. Being exposed to a high heat-flux environment, the baffle injector has self-cooling passages through which kerosene is convected and heated. The baffle injector with 20 spiral cooling channels has been developed and successfully applied to 30 $ton_f$-class combustors without any performance loss due to an additional cooling. In this work, numerical analysis of conjugate heat transfer in baffle injectors with various cooling channel designs has been performed in order to reduce the fabrication cost which would be considerably increased for the 75 $ton_f$-class combustor. Prior to the application to a full-scale combustor, the thermal durability of the modified design has been verified through the subscale hot-firing tests.

복합열전달 해석을 이용한 배플 분사기 설계 개선

배플 분사기는 연소실 안으로 돌출되어 횡 방향 모드로 발생하는 고주파 연소불안정을 억제하는 배플을 형성한다. 고온의 연소가스에 노출되기 때문에 배플 분사기는 케로신 유로를 통해 자체 냉각이 가능하도록 설계한다. 20개의 나선형 냉각 채널을 갖는 배플 분사기가 개발되어 30톤급 연소기에 성공적으로 적용되어 왔으며, 별도의 외부 냉각을 필요로 하는 내열재 배플이 갖던 성능 감소 문제를 해결하였다. 본 연구는 케로신 냉각유로의 설계를 개선함으로서, 냉각 성능을 만족하는 범위 내에서 제작성을 향상시켜 연소기 대형화로 인해 증가하는 배플 분사기의 제작 비용을 절감하는 데 목적을 두었다. 이를 위해 배플 분사기에 대한 복합열전달 해석을 수행하였으며, 설계 수정된 배플 분사기는 75톤급 실물형 연소기에 적용하기 전에 축소형 연소기의 연소시험을 통해 열 내구성을 검증하였다.