• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.20 no.6
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• pp.46-53
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• 2016

It is required to predict a limit cycle amplitude controlled by system's nonlinear behavior as well as an eigen-frequency and initial growth rate of instabilities under the linear motions, in order to fully understand combustion instabilities in a lean premixed gas turbine combustor. Special focus of the current work is placed on the limit cycle amplitude prediction using flame describing function(FDF) where the ratio of a heat release fluctuation to a given flow perturbation is expressed as a function of frequency and amplitude. In this study, the CFD modeling work based on RANS is carried out to obtain FDF, which makes that the nonlinear thermo-acoustic model is successfully developed for predicting the limit cycle amplitude of the combustion instability.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.38 no.10
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• pp.966-972
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• 2010

Damping characteristics of a Helmholtz resonator to passively control the combustion instability were investigated by linear acoustic analysis and atmospheric acoustic tests. Its orifice length and diameter were selected as the design parameters and supplied SPL(sound pressure level) effect on damping characteristics were investigated. Damping capacity is improved by decreasing the orifice length as well as by increasing the orifice diameter. Also, the results showed that the damping capacity of the resonator decreased nonlinearly about above 110 dB and instabilities in the nonlinear region were more effectively suppressed by increasing the orifice diameter.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.1 no.2
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• pp.74-83
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• 1997

The definition of burning admittance and conventional n-$\tau$ stability rating technique are combined to investigate the high frequency combustion instabilities inside the cylindrical combustion chamber. Perturbed flow variables are written as the sum of fluctuating and time-averaged mean quantities on the assumption that the terms of the order higher than unity are sufficiently small, hence linearized governing equations could be formulated. Chamber admittances up and downstream of the flame front calculated with appropriate boundary conditions result in the burning admittance and corresponding n-$\tau$ neutral stability curve. Configurational and operational design factors are tested to detect the unstable wave-induced LOX-RP1 combustion instabilities. Operational design factors, e.g. pressure or O/F ratio, appear less influential to drive high frequency instability while the location of the flame front and configurational factors enhance or deteriorate the stabilities strongly. Conclusively, LOX-RP1 combustion inside the cylindrical combustion chamber is apt to be unstable against long residence time and shortened chamber length.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.20 no.3
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• pp.78-86
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• 2016

In this paper we propose a new frame transfer function model describing the variations of a heat release rate in response to an external flow oscillation in gas turbine systems. A critical difference of our model compared to the so-called $n-{\tau}$ model which has been widely used for a prediction of combustion instability (CI), is that our model is able to describe a nonlinear relation between phase and frequency. In contrast, the phase part of the $n-{\tau}$ model is a pure time delay and thus the phase should be a linear function of frequency, which is inconsistent with many experimental results of real combustion systems. For an illustration, our new model is applied to experimental data and the effect of phase nonlinearity is investigated in the context of combustion instability.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 1998.10a
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• pp.3-3
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• 1998

액체추진제 로켓엔진 연소실에는 고유모드에 대응하는 음향파동이 내재되며 이러한 음향파동은 연소와의 상호작용을 통하여 불안정한 음향에너지를 공급받아 증폭되며 결국에는 연소불안정 상태에까지 이르게 된다. 이와 같은 불안정한 상태에 이르기 위해서는 연소로부터 되먹임되는 불안정 에너지의 양이 충분히 크고 구동 음향파동에 근접한 위상을 가져야 한다. 이와 같은 구동 메커니즘을 구성하는 상세한 물리적 현상들을 규명하고 예측하기 위한 많은 연구들이 보고되었으며, 이들 중 이론적인 시간 지연 모델을 사용하는 음향적인 방법은 매우 경제적인 반면 연소 현상에 대한 상세한 모사가 생략되어 연소 불안정의 구체적인 원인을 규명하는데 어려움이 있고, 파동 방정식에 의하여 연소실 내부의 파동 에너지 증가를 예측하는 방법은 연소기 내에서의 연소 메커니즘에 대한 고려 없이 연소에 의해 발생하는 에너지만을 포함하는 단점과 선형적인 연소 불안정에만 제한된다는 제한이 있다. 음향장과 커플된 기화반응 모델은 분무액적의 기화 과정이 추진제 연소의 지배과정이라는 가정 하에 연소응답을 기화반응으로 대체하는 방법으로, 역시 단시간 내에 결과를 얻을 수 있다는 장점이 있으나 기화반응으로부터 음향파동으로의 에너지 되먹임 과정이 배제되어 있어 정확한 결과를 구하기는 어렵다. 이에 대하여 최근에는 전산 모사적인 방법을 사용하는 대규모의 연소장 해석이 가능하여 짐으로써 음향파동에 의한 외란과 에너지 되먹임과정을 모두 포하마여 수치적인 방법을 사용하여 계산하는 액체추진제 로켓엔진의 고주파 연소불안정 해석방법들이 제시되고 있다.안정성 모드가 있음을 보였다. 밀도 변화가 있는 경우나 밀도 변화가 없는 경우 모두 sinuous 모드의 가장 불안정한 모드가 varicose 모드의 가장 불안정한 모드보다 더 불안정함을 보여주어 후류 유동은 자유 유동에 가까운 위상 속도를 가지는 sinuous 모드에 의해 지배될 것임을 예측할 수 있다. 연소반응이 완전연소에 가까울수록 그리고 압축성 효과가 클수록 유동내부의 온도가 증가하고 점성 또한 증가하여 후류유동은 안정됨을 알 수 있었다 유동변수들의 contour로부터 유동의 특성을 예측한 결과 baroclinic 항이 dilatational 항보다 상대적으로 크며, 중심선 상하에 생기는 vortex를 더욱 성장시킬 것으로 생각된다.냉각 홀의 막임, 연소 입자의 점착 부위 등을 예측하여 보완책을 준비할 수 있도록 하였다.$mm^2$sec였으며, 이는 다른 graphite/epixy 복합재의 확산계수와 유사한 값을 나타내고 있다. 또한 추진제가 충전된 연소관을 절단하여 밀폐한 후 95%RH 습도 조건에 보관함으로써 연소관 내부의 추진제 기계적 특성에 미치는 침투된 습기의 영향도 함께 고찰하였다. 추진제에 따라 차이는 있겠으나 추진제가 충전된 연소관은 순수 복합재 연소관에 비해 습기의 투과 정도가 작으며, 본 연소관에 충전된 RDX/AP계 추진제의 경우 추진제의 습기투과에 의한 추진제 물성 변화는 미미한 것으로 나타났다.의 향상으로, 음성개선에 효과적이라고 사료되었으며, 이 방법이 편측 성대마비 환자의 효과적인 음성개선의 치료방법의 하나로 응용될 수 있으리라 생각된다..

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2011.11a
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• pp.415-418
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• 2011

It is critical to assess the characteristics of flame response to pressure perturbations for the understanding of nonlinear combustion instabilities. Previous studies can be grouped into flame response upon perturbed, fresh air and fuel mixture, and flame response directly perturbed from longitudinal waves. The present study presents experimental methodology for the understanding of the flame response exposed to transverse acoustic waves generated by loud speakers.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.30 no.7 s.250
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• pp.671-681
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• 2006

This study focuses on the development of numerical procedure to analyze the nonlinear combustion instabilities in liquid rocket engine. Nonlinear behaviors of acoustic instabilities are characterized by the existence of limit cycle in linearly unstable engines and nonlinear or triggering instability in linearly stable engines. To discretize convective fluxes with high accuracy and robustness, approximated Riemann solver based on characteristics and Euler-characteristic boundary conditions are employed. The present procedure predicts well the transition processes from initial harmonic pressure disturbance to N-like steep-fronted shock wave in a resonant pipe. Longitudinal pressure oscillations within the SSME(Space Shuttle Main Engine) engine have been analyzed using the pressure-sensitive time lag model to account for unsteady combustion response. It is observed that the pressure oscillations reach a limit cycle which is independent of the characteristics of the initial disturbances and depends only on combustion parameters and operating conditions.

• Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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• v.2 no.2
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• pp.99-109
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• 1999

This paper is concerned with instability of flow fields which are dominated by the entropy mode with the presence of usual acoustic and vortical modes. These combined modes lead to nonlinear unstable waves which may occur in automobile, aircraft, or rocket engines. In this study instability in a side-burning rocket is investigated. It is shown that the energy growth rate parameters increase with an increase of the energy growth factor. The energy growth rate parameters for turbulent flows are larger than those for laminar flows. It is further shown that unstable wave motions for the high-temperature side-burning rocket are dictated mostly by the entropy mode, somewhat by the vortical mode, and least by the acoustic mode.

• Aerospace Engineering and Technology
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• v.5 no.2
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• pp.195-204
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• 2006

A linear acoustic analysis has been performed to elucidate damping characteristics of acoustic cavities in a liquid rocket combustor. Results have shown that resonant frequencies of acoustic cavity obtained by classical theoretic approach and by the present linear analysis are somewhat different with each other. This difference is attributed to the limitation of the simplified classical theory. To quantify the damping characteristics, acoustic impedance has been introduced and resultant absorption coefficient and conductance have been evaluated. Satisfactory agreement has been achieved with previous experiment. Finally the design procedure for an optimal tuning of acoustic cavity has been established.

• Proceedings of the Korea Society for Simulation Conference
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• 1999.10a
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• pp.235-235
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• 1999

화력 발전소의 드럼형 보일러 제어 프로세스에 있어 드럼 수위(Drum Level)의 정확한 측정은 매우 중요하다. 만약 드럼 수위가 불안정하게 되면 급수 유량 제어가 불안정하여 증기 온도 제어를 불안정하게 하고, 증기 온도의 변화는 보일러 출구 증기 압력을 변화시켜 연소 제어 계통을 불안정하게 한다. 결국 드럼 수위의 불안정은 발전소 전체 프로세스를 불안정하게 한다. 또한 드럼 수위의 오지시로 인해 수위가 과도하게 높아져 물이 터빈에 유입되면 터빈 날개의 파손을 가져오고, 반대로 수위가 너무 낮으면 과열로 인한 보일러 튜브의 파열을 초래하기도 한다. 특히, 보일러의 기동시 또는 과도상태일 때는 드럼 압력의 변화에 따른 water 및 steam의 밀도 변화로 인한 오차가 크며, 압력 대 밀도(비중)의 관계가 비선형 함수이므로 별도의 압력검출기에 의해 드럼 압력을 측정하여 압력 변화에 따른 오차를 보정해주어야 하는데 아날로그 시스템의 경우에는 이러한 압력 수위 보정을 기준 압력에 대해서만 하므로 기동시 또는 과도상태에서의 수위 제어에 많은 문제점이 있다. 본고에서는 이러한 보일러 드럼 수위 압력 보정의 유.무에 따라 드럼 수위 변화에 대해 시뮬레이션을 하여 압력 보정이 드럼 수위에 미치는 영향을 고찰하고자 한다.