• Journal of Power System Engineering
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• v.11 no.4
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• pp.18-25
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• 2007

제 2세대 직접분사식 가솔린 기관에서 6공 연료분사기의 연료분무특성을 관찰하였다. 실험에 사용한 직접분사식 가솔린 기관은 2개의 흡입밸브와 2개의 배기밸브를 갖는 텀블형 Spray Guided 연소실과 Quartz로 제작된 실린더 라이너와 실린더 헤드 창으로 구성되어 있다. 선회유동을 유도하기 위하여 흡입매니폴드에 선회유동 제어밸브를 부착하였다. 2차원 Mie 스캐터링 기법을 이용하여 연료분사시기, 연료분사압력과 실린더 내 유동 및 냉각수 온도가 연료분무에 미치는 영향을 관찰하였다. 실험결과로는 흡기과정동안 흡기 선회유동은 분사된 연료의 공간적 분포에 크게 작용하였고, 압축과정동안에는 텀블 및 선회유동의 영향이 흡기과정에 비해 크지 않음을 확인하였다. 또한 성층연소를 위해서 압축과정에서 연료를 분사하는 경우 고압의 연료분사압은 분무도달거리의 성장을 촉진시키나 상승하는 피스톤과 이로 인한 실린더 압력의 상승으로 분무도달거리의 성장이 억제됨을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2003.05a
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• pp.244-245
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• 2003

고체나 액체 추진로켓에 비하여 하이브리드 추진 시스템은 작동조건의 안정성과 안전함등의 많은 장점을 가지고 있다. HTPB와 같은 고체연료는 제작 및 저장, 운송 그리고 장착상의 안정성을 가지고 있으며 하이브리드 로켓의 고체연료로의 산화제의 유입을 제어하면서 추력의 변화와 엔진내부의 연소중단과 재 점화를 용이하게 할 수 있다. 이러한 이유로 인하여 하이브리드 엔진은 좀 더 경제적인 장치로 기대를 모으고 있다. 그러나, 기존의 하이브리드 로켓 엔진은 고체 추진 로켓에 비하여 낮은 연료 regression 율과 연소효율을 가지는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하고 요구되어지는 추력값과 연료유량을 증가시키기 위하여 고체연료의 표면적을 증가시킬 필요가 있다. 기존의 하이브리드 엔진에서는 연료 그레인에 다수의 연소포트를 만들어 표면적을 증가시켰으나 이는 비 활용 공간의 증가와 추진제의 질량 및 체적분율의 상당한 감소를 초래한다. 지난 수십년간에 걸쳐 하이브리드 엔진에서 연료의 regression 특성 및 엔진 성능 향상을 위한 연구가 계속되어 왔으며 최근에 엔진의 체적 규제를 경감시키고 연료의 regression율을 향상시키기 위하여 선회유동을 이용하는 하이브리드 로켓 엔진들이 제안되고 있다. 이러한 선회유동을 가지는 하이브리드 로켓은 고체연료 그레인에 대하여 평행하게 유입되는 기존의 하이브리드 로켓에 비하여 고체연료 벽면에서의 대류열전달이 현저하게 증가하게 되어 아주 높은 고체연료의 regression율을 얻을 수 있는 이점이 있다. 선회유동 하이브리드 로켓의 연소과정은 고체 연료의 열분해과정, 대류 열전달, 난류 혼합, 난류와 화학반응의 상호작용, soot의 생성 및 산화과정, soot 입자 및 연소가스에 의한 복사 열전달, 연소장과 음향장의 상호작용 등의 복잡한 물리적 과정을 포함하고 있다. 이러한 물리적 과정 중 난류연소, 고체연료 벽면 근방에서의 대류 열전달 및 연소과정에서 생성되는 soot 입자로부터의 복사 열전달, 그리고 고체연료 열 분해시 표면반응들은 고체연료의 regression율에 큰 영향을 미친다. 특히 고체연료의 난류화염면의 위치와 폭, 그리고 비 예혼합 난류화염장에서 생성되는 soot의 체적분율의 예측은 난류연소모델, 열전달 모델, 그리고 regression율 모델에 의해 크게 영향을 받기 때문에 수치모델의 예측 능력 향상시키기 위하여 이러한 물리적 과정을 정확히 모델링해야 할 필요가 있다. 특히 vortex hybrid rocket내의 난류연소과정은 아래와 같은 Laminar Flamelet Model에 의해 모델링 하였다. 상세 화학반응 과정을 고려한 혼합분율 공간에서의 화염편의 화학종 및 에너지 보존 방정식은 다음과 같다. 화염편 방정식과 혼합분률과 scalar dissipation rate의 관계식을 이용하여 혼합분률과 scalar dissipation rate에 따른 모든 reactive scalar들을 구하게 된다. 이러한 화염편 방정식들을 mixture fraction space에서 이산화시켜서 얻은 비선형 대수방정식은 TWOPNT(Grcar, 1992)로 계산돼 flamelet Library에 저장되게 된다. 저장된 laminar flamelet library를 이용하여 난류화염장의 열역학 상태량 평균치는 presumed PDF approach에 의해 구해진다. 본 연구에서는 강한 선회유동을 가지는 Hybrid Rocket 연소장내의 난류와 화학반응의 상호작용을 분석하기 위하여 Laminar Flamelet Model, 화학평형모델, 그리고 Eddy Dissipation Model을 이용한 수치해석결과를 체계적으로 비교하였다. 또한 Laminar Flamelet Model과 state-of-art 물리모델들을 이용하여 선회 유동을 갖는 하이브리드 로켓 엔진의 연소 및 Soot 생성 및 산화과정을 살펴보았으며 복사 열전달이 고체 연료 표면의 regression율에 미치는 영향도 살펴보았다. 특히 swirl강도, 산화제의 유입위치 그리고 선회유동의 형성방식이 하이브리드 로켓의 연소특성 및 regression rate에 미치는 영향을 상세히 해석하였다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.11 no.2
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• pp.90-98
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• 2002

The effects of swirl and combustion parameters on the performance and emission in a turbo-charged D.I. diesel engine of the displacement 9.4L were studied experimentally in this paper. Generally the swirl in the combustion process of diesel engine promotes mixing of the injection fuel and the intake air. It is a major factor to improve the engine performance because the fuel consumption and NO$_{x}$ is trade-off according to the high temperature and high pressure of combustion gas in a turbocharged D.I. diesel engine, it's necessary to thinking over the intake and exhaust system, the design of combustion bowl and so on. In order to choose a turbocharger of appropriate capacity. As a result of steady flow test, when the swirl ratio is increased, the mean flow coefficient is decreased, whereas the gulf factor is increased. Also, through engine test its can be expected to meet performance and emissions by optimizing the main parameter's; the swirl ratio is 2.43, injection timing is BTDC 13$^{\circ}$ CA, compression ratio is 16, combustion bowl is re-entrant 5$^{\circ}$, nozzle hole diameter is $\Phi$0.28*6, turbocharger is GT40 model which are compressor A/R 0.58 and turbine A/R 1.19.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.34 no.7
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• pp.79-88
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• 2006

In the present paper, the swirl flow structure and flame characteristics of turbulent premixed combustion in a model gas turbine combustor are investigated using large eddy simulation(LES). A G-equation flamelet model is employed to simulate the unsteady flame behavior. When inlet swirl number is increased, the distinct flow structures, such as the shapes of corner recirculation and center toroidal recirculation zone, are observed and the flame length is shorted gradually. Also, the phenomena of flashback are identified at strong swirl intensity. In order to get the accurate description of unsteady flame behavior, the predictive ability of the acoustic wave in a combustor is primarily evaluated. It is found that the vortex generated near the edge of step plays an important role in the flame fluctuation. Finally it is examined systematically that the flame and heat release fluctuation are coupled strongly to the vortex shedding generated by swirl flow and acoustic wave propagation from the analysis of flame-vortex interaction.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.36 no.4
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• pp.397-404
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• 2012

In this research, a numerical study was carried out on the mixing and flow characteristics of a vane-type static mixer for the reduction of $NO_x$ in the SCR systems from the diesel exhaust environments. The mixer was located at a distance of 57 times the pipe diameter away from the inlet. The analyses were performed by changing various parameters such as vane angles, blockage ratio, and location of the vane. Flow characteristics through the mixer were characterized by the uniformity index, swirl number, and pressure drop. The results show that uniformity index, pressure coefficient and swirl number are substantially influenced by the vane angle, blockage ratio and position of the vane of the mixer. In particular, the swirl number was increased when the vane was located near the pipe wall, or the vane angle was increased or scale was extended.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.22 no.6
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• pp.56-63
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• 2018

In low swirl combustors the flame is lifted above the nozzle to achieve balance between the flame speed and velocity field at the exit of the nozzle. Characterization of the flame liftoff height is important because it affects the stability of the combustor and degradation of the nozzle material. In experiments, a counter-intuitive trend of flame liftoff heights with respect to inlet velocities was observed. To elucidate the complicated flow field in a low swirl combustor having swirl vanes and a turbulence generator, a series of numerical simulations of non-reacting flows was conducted by varying the inlet velocity. The flow structures at the exit of the nozzle with respect to the inlet velocities are investigated to support the observation in the experiments.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.8 no.2
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• pp.39-45
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• 2004

Experiments were performed in a two-phase swirling spray facility that has been described elsewhere. Measurements of spray transport and drop size distribution are analyzed over wide ranges of air to liquid mass flow ratios, utilizing four different internal mixing pneumatic nozzles. The spatial distributions of mean velocities. fluctuating velocities, and velocity-diameter correlation were quantitatively analyzed. Also, the exponential correlation curves were obtained with ALR along the spray centerline, which indicated an approximately identical formulation regardless of ALR. It indicated that the atomization characteristics were remarkably superior in the case of 30o of swirl angle with higher ALR. Among other things. nozzle configuration is one of the significant parameters affecting spray phenomena from an internal mixing nozzle. Turbulence intensities are increasingly degenerated with an increase of nozzle configuration, allowing a rapid increment of drop size distribution.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.38 no.12
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• pp.1017-1026
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• 2014

A multi-perforated tube is generally installed between the muffler inlet and in front of selective catalytic reduction (SCR) catalysts in the integrated urea-SCR muffler system in order to disperse the urea-water solution spray uniformly and to make better use of the SCR catalyst, which would result in an increase nitrogen oxide ($NO_x$) reduction efficiency and a decrease in the ammonia slip. The effects of the multi-perforated tube orifice area ratios on the internal flow characteristics were investigated analytically by using a general-purpose commercial software package. From the results, it was clarified that the multi-perforated tube geometry sensitively affected the generation of the bulk swirling motion inside the plenum chamber set in front of the SCR catalyst and to the uniformity index of the velocity distribution produced at the inlet of the catalyst. To verify the analytical results, engine tests were carried out in the ESC and ETC modes. Results of these tests indicated that the larger flow model in the longitudinal direction showed the highest NOx reduction efficiency, which was a good agreement with the analytical results.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.20 no.4
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• pp.40-49
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• 2016

This study aims to confirm the characteristics of low swirl combustion at our low swirl model combustor. To do it, it is experimentally conducted by evaluating the flame shape, stability region and emissions according to the swirl angle. The most significant feature of low swirl combustion is a occurrence of lifted flame. Such lifted flames happen to combine exquisitely propagating feature of premixed flame with diverging flow. This feature of lifted flame was confirmed through a velocity flow field and visualized the flame in this model combustor. The visualized flame was classified according to the thermal power and equivalence ratio. The variation study in swirl angles showed that the lean flammable limit could be extended only by swirl angles. Also, as the swirl angle increased, it was confirmed that the NOx and CO emissions were decreased due to the mixing enhancement and shorter resident time.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.54-58
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• 2015

인간이 생활하는데 필요한 전기를 생산하는 시설 중 하나인 화력발전소의 발전수차를 냉각시키기 위하여 많은 양의 냉각수를 바다에서 취수하게 되는데, 이 과정 중에서도 특히 흡입수조(Intake Basin)에서 흡입펌프(Suction Pump)를 통과하는 단계가 매우 중요하다. 흡입수조의 형상과 펌프운용조건 등에 의하여 흡입구(Bell Mouth)에 접근하는 유동이 비대칭일 경우 흡입구 주변에서 선회류가 발생하거나 유속분포가 비균일?비대칭이 되기 쉽다. 그러면 선회류가 더욱 악화되어 볼텍스(Vortex)로 발달되면 취수 펌프에 악영향을 준다. 또한 볼텍스의 발생은 흡입수조의 형상뿐만이 아니라 낮은 수위일 경우 수면과 흡입구의 거리가 짧아지면서 자유수면볼텍스 또는 수중볼텍스가 발생할 확률이 높아지게 된다. 본 연구에서 수리모형시험을 통하여 펌프 조합 및 수위 변화에 따른 볼텍스의 발생여부를 파악하고 볼텍스 저감장치를 고안하였다.