• 한국음향학회지
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• 제15권5호
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• pp.44-52
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• 1996

열음향 냉동기의 설계시 요구되는 냉동기의 내부음장 특성을 예측하기 위해, 냉동기를 이루는 공명기 구조 및 선형화된 스피커의 모델에 대행 전달행렬기법을 이용하여 해석을 수행하였다. 여러 가지 기본 음향요소들의 전달행렬을 이용하여 공명기를 음향학적 요소들로 분해하고, 스피커의 선형화된 동특성 방정식과 함께 해석함으로써 음향요소들이 직렬로 배열되어 있는 공명기에 대한 음향특성을 얻어 내었다. 또한, 열음향 냉동기의 개발에 있어서 중요한 목표중 하나인 모세관 스택에서의 온도차이를 에너지 방정식을 이용하여 수치적으로 예측하였다. 한 개의 모세관 기공내에서의 음향일의 흐름, 열음향 흐름, 단위 길이당 에너지 손실 등을 단면변화함수를 이용해 표시한 후, 전체 스택에서의 에너지 흐름과 열평형을 고려하였다. 전체 스택에서의 에너지 흐름에 관한 식에 대하여, 내부음장 예측에 의해 구한 물리량을 이용하여, 수치적인 반복계산을 수행함으로써 온도비 및 성적계수를 예측할 수 있었다. 실제 설계된 공명기의 음향 특성의 해석결과가 실험과 잘 일치함을 관찰한 후, Hofler의 열음향냉동기에 대한 열음향 해석을 수행하여 실험결과와 잘 부합됨을 확인할 수 있었다.

• 한국음향학회지
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• 제14권6호
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• pp.5-12
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• 1995

본 논문에서는 열음향 냉장시스템을 음향적으로 해석하고 주어진 조건을 만족시키는 열음향냉장시스템의 설계방법을 제시하였다. 열음향 냉장시스템은 음파의 에너지를 단열팽창, 수축의 원리를 이용하여 열에너지로 변환시키는 열음향변환기이다. 열음향 냉장시스템은 일반 가정용 스피커 유닛을 사용하는 구동부, 실제의 온도 구배가 생기게 되는 스택 부분, 그리고 정상파를 생성시키는 본체 부분인 공명기 등으로 구성된다. 음향학적인 해석을 통해 주어진 조건을 만족시키도록 전체 공명기의 크기를 결정하고 스택의 크기와 위치를 설정하여 이에 따라 실제의 시스템을 설계하였다. 끝으로 설계된 공명기의 기계적 임피던스를 모의실험을 통해 구하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권6호
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• pp.443-449
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• 2014

가스터빈 희박 예혼합 연소기에서 발생하는 연소 불안정 현상을 예측하기 위하여 열음향 해석 기법이 폭넓게 사용되고 있다. 그러나 이러한 모델들은 전체 연소기 시스템과 화염의 형상을 과도하게 단순화함으로써, 모델 정확도에 한계를 드러내왔다. 본 연구에서는 두 가지 측면에서 열음향 모델의 정확도를 개선하고자 하는 노력을 시도하였다. 우선 화염의 위치를 연소기 입구가 아닌 실제 계측 결과를 반영할 수 있도록 열음향 모델을 수정하였으며, 두 번째로는 열 발생 위치가 얇은 화염의 형태가 아닌, 실제 화염의 형상과 같이 열 분포 현상을 반영할 수 있도록 하였다. 모델 수정 결과 기존의 열음향 모델 대비, 불안정 현상의 성장률을 예측하는데 있어서 오차가 줄어드는 것으로 나타났다.

• 한국항공우주학회지
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• 제48권2호
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• pp.127-134
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• 2020

고초음속 항공기는 초음속 비행 중 공력 가열에 의하여 높은 온도 환경에 노출되기 때문에 동체 및 날개 구조물은 더블 패널 형태의 열 차폐 구조로 설계하여 기체 내부로 높은 온도의 열이 전달되는 것을 막는다. 얇은 두께의 더블 패널 외피는 초음속 항공기의 고출력 엔진 소음과 제트 유동에 의한 음향 하중에 노출되어 음향 피로 손상이 발생할 수 있다. 따라서 열음향 복합 하중을 받는 초음속 항공기 외피 구조의 거동 확인과 피로수명 예측이 필요하다. 본 논문에서는 열음향 복합 하중을 모사할 수 있는 열음향 시험 장치를 설계/제작하여 열음향 하중이 적용되는 티타늄 시편의 열음향 시험을 수행하였다. 열음향 복합 하중에 의한 구조물의 동적 거동을 확인하였으며, 시편 단위 열음향 시험 결과와 유한요소해석 결과를 비교하여 해석 모델을 검증하였다.

• 한국음향학회지
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• 제16권1호
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• pp.76-80
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• 1997

Hofler 타입의 열음향 냉장시스템에 있어서 음향학적 공진특성을 해석하고, 공진특성이 냉장성능에 미치는 영향을 시스템의 제작 및 냉장 실험을 통하여 확인하였다. 열음향 냉장시스템의 공진특성을 결정하는 주요 인자는 공명구(cavity)와 가는 관, 그리고 굵은 관으로 구성되는 공명기의 특성과, 구동 스피커의 특성, 그리고 스피커 후면부의 음향학적 특성이며, 다시 스피커의 전기적 특성과 결합되어 전기적 공진특성이 정해진다. 또한 공명기에서 발생하는 벽-효과(wall effect)를 통한 감쇠로 인하여 공진특성이 둔해진다. 제작된 열음향 냉장시스템에 대한 해석 및 실험결과 전체 공진특성은 공명기에 의하여 결정되지만 후면부의 강성과 감쇠로 인하여 공진특성이 상당히 둔화되고, 냉장실험 결과 정확한 공진특성의 유지가 냉장성능에 큰 영향을 마침을 확인하였다.

• 한국분무공학회지
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• 제27권1호
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• pp.36-41
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• 2022

In this study, the combustion instability characteristics according to the change in the hydrogen ratio in the fuel in the single nozzle system of the hydrogen-natural gas mixed gas turbine for power generation was analyzed using a three-dimensional finite element analysis-based Helmholtz solver. This combustor shows the instability characteristics in which mode transition occurs from a mode having a low amplitude near 70 Hz to a mode having a high amplitude of 250 Hz or higher as the hydrogen fraction in the fuel increases. The current modeling results are found to reasonably predict the main characteristics of the change in measured instability frequency and growth rate with the change in fuel composition.

• 한국추진공학회지
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• 제15권6호
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• pp.98-106
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• 2011

본 논문에서는 많은 가스터빈 산업체 및 연구기관에서 연소불안정 현상과 관련된 변수들을 예측하기 위해 가장 보편적으로 이루어지고 있는 열음향 해석 모델에 대한 기술 소개 및 최근의 연구 동향을 분석하였다. 선형 시스템 해석을 통하여 연소 불안정이 발생하는 고유 주파수 및 불안정 초기 성장률의 예측이 가능하다. 이를 위하여 정의된 시스템에서의 음향파와 열발생율 섭동간의 선형 관계식을 선형 음향 이론으로부터 유도할 수 있고, 이 관계식의 해를 구하기 위해서 가장 중요한 부분은 화염 전달 함수로부터 n-${\tau}$ 함수를 구하여 열발생율 섭동 결과에 대한 정보를 얻는 것이다. 현재까지의 연구 결과로부터 선형 특성 해석에는 상당한 진보가 이루어져 왔고, 실제 가스터빈 연소기에 적용하는 노력이 있었으나, 한계 진폭과 과도기 현상 예측을 위해서 요구되는 비선형 동적 특성 모델링 기술 개발은 현재 간단한 연소기와 버너의 적용에 머물러 있는 실정이다. 실제 복잡한 가스터빈과 같은 연소 시스템에 적용되기 위해서는 비선형 경계 조건을 고려한 시스템 동적 특성 연구와 화염의 비선형 거동을 더욱 정확히 설명할 수 있는 전달 함수에 대한 예측 기술이 선행되어야 한다.

• 한국추진공학회지
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• 제16권6호
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• pp.32-40
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• 2012

가스터빈 희박 예혼합 연소기에서 발생하는 연소 불안정의 고유 주파수 및 초기 성장률의 예측을 위하여 선형 열음향 해석 모델이 소개되었다. 모델 검증을 위하여 입출구 조건이 잘 정의되고, 상대적으로 이전 연구 결과에서 적용된 연소기에 비하여 구조가 간단한 모델 연소기가 선정되었다. 정의된 연소기에서 음향 해석을 위한 선형 관계식이 유도되었고, 이를 통하여 선형 안정성 해석 방안이 제시되었다. 해석 결과 연소 불안정의 특성에 대한 전체적인 변화 경향은 성공적으로 예측하였으나, 주파수의 절대값에 있어서는 실제 실험 결과보다 다소 작은 값을 예측하는 것으로 나타났다. 이러한 주파수의 예측 오차는 짧은 화염보다는 긴 화염에서 더욱 두드러지는 것으로 나타났다.

• 한국추진공학회지
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• 제21권6호
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• pp.49-56
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• 2017

본 연구에서는 환형 시스템에서 열음향 문제를 모델링하기 위하여 자체 3D 유한요소해석을 모델 개발을 통하여 음향장을 해석하였고, 다양한 음향 모드를 벤치마크 연소기의 실험 결과와 비교/검증하였다. 비교 결과, 본 해석에서 사용된 음향장 해석 코드는 환형 시스템에서 실험으로 계측된 다양한 음향모드들을 예측하는데 성공하였다. 또한 연소실의 횡방향 모드는 노즐의 음향 경계 조건의 영향을 크게 받게 되고, 노즐에서의 압력 분포 역시 연소실의 압력장과 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났다.

• 한국연소학회지
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• 제18권1호
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• pp.1-6
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• 2013

Authors' previous works on thermoacoustic(TA) model development showed good results in predicting combustion instability characteristics in a gas turbine combustor. However, they also suggested there were some limitations in growth rate estimation, which might be related with over-simplification of flame structure. As a first trial for improving the model accuracy, the current paper introduces the modified TA model considering the actual flame location in the combustor. The combustor is divided into the unburned and the burned area before and after the flame location, and then acoustic equations are re-organized. The modified TA model results show a better accuracy in predicting the growth rate of instabilities comparing with the previous results. However, obtained results still overestimate the conditions where the combustor goes unstable. Further researches considering heat release distribution through flames are required.