Kim, Dongki;Ha, Seong up;Moon, Il yoon;Moon, Insang
Journal of Aerospace System Engineering
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v.9
no.2
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pp.34-40
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2015
Staged combustion cycle engines are well known to have high combustion efficiencies and specific impulse. In this study, design of mixing head part of combustion chamber for 8tonf class staged combustion cycle rocket engine (ES-08) was performed. Structural stability of the mixing head part of the combustion chamber is very important design factor because it is loaded by high temperature and high pressure of fuel and oxidizer as well as by thrust load simultaneously. Uniformity of flow distributions of the propellants to the injectors is also important factor. First, a basic configuration for the ES-08 mixing head part was designed on the basis of the structural design requirements. And then, the structural analyses were performed on the basic configuration as well as some of reinforced configurations. As the structural analyses results, the most stable configuration was selected for the ES-08 mixing head part. In order to examine the uniformity of the flow distributions of the propellants through the manifold of the mixing head, flow analysis was performed based on the selected configuration. The results of the flow analysis showed that the fuel and the oxidizer were uniformly supplied to the injector.
Kim, Han-Seok;An, Guk-Yeong;Baek, Seung-Uk;Yu, Myeong-Jong
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.11
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pp.1594-1605
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2001
In this study, a numerical simulation was developed which was capable of predicting the characteristics of NO formation in pilot scale combustor adopting the air-staged burner flame. The numerical calculation was constructed by means of establishing the mathematical models fur turbulence, turbulent combustion, radiation and turbulent nitric oxide chemistry. Turbulence was solved with standard k-$\xi$ model and the turbulent combustion model was incorporated using a two step reaction scheme together with an eddy dissipation model. The radiative transfer equation was calculated by means of the discrete ordinates method with the weighted sum of gray gases model for CO$_2$and H$_2$O. In the NO chemistry model, the chemical reaction rates for thermal and prompt NO were statistically averaged using the $\beta$ probability density function. The results were validated by comparison with measurements. For the experiment, a 0.2 MW pilot multi-air staged burner has been designed and fabricated. Only when the radiation was taken into account, the predicted gas temperature was in good agreement with the experimental one, which meant that the inclusion of radiation was indispensable for modeling multi-air staged gas flame. This was also true of the prediction of the NO formation, since it heavily depended on temperature. Subsequently, it was found that the multi-air staged combustion technique might be used as a practical tool in reducing the NO formation by controlling the peak flame temperature.
JI, HYUNJIN;BAIK, KYUNGDON;YANG, SUNGHO;JUNG, SEUNGKYO
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.30
no.3
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pp.201-208
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2019
Recently, a fuel reforming plant for supplying high purity hydrogen is being applied to submarines. Since steam reforming is an endothermic reaction, it is necessary to continuously supply heat to the reactor. A fuel reforming plant for a submarine needs a multi-stage burner (MSB) to acquire heat and convert the combustion gas to $CO_2+H_2O$. The MSB has problems that the combustion imbalance occurs during start-up due to the temperature restriction of the combustion gas. This problems can be solved by burning $H_2O$ together with fuel and $O_2$. In this study, the simulation results of MSB were analyzed to determine the optimum flow rate of $H_2O$ supplied to the 6-stage burner. When the flow rate of $H_2O$ was low, combustion was concentrated on the burner#6 in comparison with the burner#1-#5. This combustion concentration improved as the supply amount of $H_2O$ increased. As a results, it was necessary to supply at least 4.9 kmol/h of $H_2O$ (per 1 kmol/h of fuel) to burner#1 in order to maintain the combustion gas temperature of each stage at $750^{\circ}C$ and to convert the final stage burner gas composition to $CO_2+H_2O$.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.23
no.2
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pp.118-125
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2019
Metals exposed to high temperature/high pressure/oxidant excess environment of an oxygen excess pre-combustor may undergo rapid oxidation. In this study, the test facility to simulate the high temperature/high pressure/oxidant excess environment was constructed and the oxidation resistance evaluation was carried out for various metal materials. As a result, the discoloration of the metallic materials, the change in the surface roughness and the peeling of the metal surface were observed, and the weight change was also observed. The resulst showed that oxidation-resistant coating of a metal material of the combustor is indispensably required, and the use of XM-19, which has the highest content of Cr and Ni, is expected to provide more structural stability.
Kim, Jong-Hyun;Lee, Hyun-Yong;Hwang, Cheol-Hong;Lee, Chang-Eon
Journal of the Korean Society of Combustion
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v.13
no.2
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pp.7-13
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2008
The aim of this work is to identify application of ultra low NOx and CO combustor. To achieve this, we developed the premixed oxidizer-staging combustor using a cyclone flow. Various factors such as equivalence ratio for the combustion condition and swirl type for secondary air injection have been tested experimentally for flame stability and NOx, CO emission characteristics. Before to do this, we had been tested cyclone premixed combustor in advance. it is similar to first combustor of premixed oxidizer-staging combustor. As a result, cyclone premixed flame shows the very high flame stability and low NOx emission. however, it can be identified that there were some problems such as a little high CO emission and thermal resistance of combustor wall. Cyclone premixed oxidizer-staging combustor can resolve those of problems. In our combustor, we can found out optimal condition that the secondary air injection method is swirl type, swirl direction is co-swirl and equivalence ratio of first combustor is 1.3. Quantitatively, we can achieve 10.8 ppm for NOx and 30.2 ppm for CO emissions respectively. Form this result, we can identified that cyclone premixed oxidizer-staging combustor can apply to ultra low NOx and CO combustor.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.20
no.4
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pp.39-45
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2012
Today gasoline engines for vehicular application are not only faced with stringent emission regulation but also with increasing requirements to better fuel economy, while guaranteeing power density. The spray-guided type gasoline direct injection (GDI) engine has an advantage of improved thermal efficiency and lower harmful emissions. Centrally mounted high pressure injector and adjacent spark plug allow stable lean combustion due to the flexible mixture stratification. In the present study, the performance and emissions characteristics of developed spray-guided type GDI combustion system were evaluated at various excess air ratio conditions. The specific fuel consumption and nitrogen oxides ($NO_x$) emissions were reduced due to the achievement of stable lean combustion under flammability limit. Multiple injection strategy was not helpful to improve fuel consumption while further reduction of $NO_x$ emissions was possible.
This study is aimed to study combustion characteristics of low $NO_X$ burner using petroleum cokes as fuel. The petroleum coke, which is produced through the oil refining process, is an attractive fuel in terms of its high heating value and relatively low price. But petroleum coke is a challenging fuel because of its low volatile content, high sulfur and nitrogen content, which give rise to undesirable emission characteristics and low ignitability. The petroleum cokes burner is operated at fuel rich condition, and overfire air are supplied to achieve fuel lean condition. The low $NO_X$ burner is designed to control fuel and air mixing to achieve air staged combustion, in addition secondary and tertiary air are supplied through swirler. Air distribution ratio of triple staged air are optimized experimentally. The result showed that $NO_X$ concentration is lowest when overfire air is used, and the burner function at a fuel rich condition.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.11a
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pp.305-309
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2008
This experimental study has been conducted to investigate the installation of the vertical flame holder shape in ramjet combustor, which affects on the film cooling effectiveness. All slot position, the film cooling effectiveness decreases because of the shear layer and high turbulence intensity between separated flows and coolant flows. When the flame holder is installed, film cooling effectiveness decreases abruptly on the beginning of the slot exit region due to the mixing effect. As the blowing rate increases, the film cooling effectiveness is increased for all cases due to the augmented momentum of injected coolant from the slot.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.04a
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pp.16-19
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2011
An experimental study on the spray characteristics of Gas-centered swirl coaxial injectors(GCSCI) for high-performance staged combustion rocket engines has been carried out using cold flow tests. In this study, water and gaseous nitrogen are used as working fluids and a back-lit photography technique with image processing for the measurements of spray characteristics. Our study is focused on the effect of injector geometries like as gap thickness of liquid nozzle and gas nozzle and momentum flux ratio for fundamental understanding of the injectors.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.25
no.5
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pp.53-64
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2021
SpaceX has lowered rocket launch cost innovatively and put first stage reuse to the practical use with Falcon 9. Now the company is developing Starship system that is fully reusable with the heaviest payload in the world. So the system can lower the cost much more and fulfull more diverse mission. For the system the company have developed Raptor engine which is a full-flow staged combustion cycle one with methane fuel. And for the full reusability the company is manufacturing and testing the system prototypes with the barely used technologies such as stainless steel tank, belly flop and retropropulsion during descent. In this study the specification, missions and design features of the system are investigated. Also the development processes of Raptor engine and initial 13 Starship prototypes, which have been manufactured very rapidly, are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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