• 대한기계학회논문집B
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• 제35권9호
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• pp.975-979
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• 2011

희박 예혼합 가스터빈 연소기는 강화되는 NOx 배출가스 규제를 만족시키기 위한 가장 현실적인 방법으로 인식되고 있다. 그러나 이러한 희박 예혼합 연소기에서는 열발생파와 시스템 내부의 압력파 사이의 상호 피드백 관계에 의한 연소 불안정 현상으로 인하여 그 적용이 제한되거나, 이를 회피하기 위한 기술의 적용으로 인하여 설계 비용의 상승이 불가피하다. 본 논문에서는 연소 불안정 현상이 발생하는 기본 메커니즘을 소개하고, 연소 불안정 원인 규명의 일환으로 최근 활발히 연구되고 있는 화염전달 함수 측정이 실험적으로 규명되었고, 주요 측정 결과가 소개되었다.

• 동력기계공학회지
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• 제16권5호
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• pp.5-12
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• 2012

희박예혼합기의 급속연소에 관한 연구를 위하여 2-실린더 가솔린 엔진을 부실 타입의 압축천연가스(CNG) 분사 엔진으로 개조하였다. 본 연구에서는 부실의 최적설계에 관심을 두고 두 종류의 부실을 적용하여 실험을 실시하였고, 부실의 체적과 홀 개수는 1.5cc와 6개로 각각 동일하게 하고, 홀 직경을 0.8mm 및 1.1mm로 달리하였다. CNG연료는 포트연료분사(Port fuel injection; PFI)와 부실분사(Sub-chamber injection; SCI)에 의해 엔진에 독립적으로 공급되고, 그 실험결과로 구한 연소압력, 평균유효압력(IMEP), 질량연소분율과 사이클변동계수(COV) 등을 서로 비교하였다. 본 연구의 대표적 실험연구결과로서 PFI 타입의 엔진연소특성은 희박예혼합기의 경우를 제외하고 모든 조건에 있어서 기존의 가솔린 엔진과 비슷하였고, SCI 타입의 엔진연소특성으로 평균유효압력은 부실 내에 불완전 예혼합기형성으로 PFI 타입보다 낮았으며, COV는 SCI 타입이 희박가연한계가 확대됨으로 인하여, 특히 높은 공기과잉률 범위에서 PFI 타입과 비교해 보다 좋은 결과를 나타내었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권4호
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• pp.365-373
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• 2010

제트 혼합 반응기(JSR) 내의 NOx와 같은 배출물질을 예측하기 위해서 화학반응기 모델을 개발했다. 본 연구에서는 JSR에 대한 화학반응기 모델로서 two-PSR 모델이 채택되었다. CHEMKIN 코드와 4가지 NO 생성 메커니즘을 포함한 GRI 3.0 메탄-공기 연소 메커니즘을 이용해서 JSR내의 희박 예혼합 메탄-공기 연소의 NO 생성예측을 실시하였다. 모델의 검증을 위해서 계산된 결과를 Rutar의 실험 데이터와 비교하였다. NO 생성의 중요 파라미터와 4 가지 NO 경로의 기여도를 조사하였다. 화염 영역에서는 prompt 메커니즘이 주된 경로이고, 화염후영역에서는 Zeldovich 메커니즘이 주된 경로이다. 희박 예혼합 조건에서는 N2O 메카니즘이가 화염 및 화염후 영역 모두에서 중요한 경로이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권12호
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• pp.1257-1264
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• 2011

희박예혼합 가스터빈 연소기에 대한 3 차원 RANS 해석을 수행하였으며 PCFM(Partially Premixed Coherent Flame Model) 화염면적밀도 생성항 상수의 보정을 통하여 희박연소조건을 모사하였다. PCFM 에서 계산된 화염면적밀도에 의해 층류 예혼합 화염의 전파를 예측하고 불균일하게 분포한 기연 가스의 물성을 평형 가정에 따라 예측하였다. 복사와 대류 열전달을 모사하기 위해 냉각 조건으로서 실험과의 비교를 통해 결정된 열유속을 적용하였다. 이러한 3 차원 해석 결과를 바탕으로 파일럿 노즐과 메인 노즐에 분배되는 연료량 비에 대한 민감도 조사를 수행하였으며 CRN(Chemical Reactor Network)을 구성하여 NOx 배출량을 예측하고 측정값과 비교 분석하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.763-768
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• 2011

최근 대두되고 있는 바이오가스(Biogas)를 이중 희박 예혼합 가스터빈 연소기에 적용하기 위한 연구로써, 기존 개발된 실물형 이중 희박 예혼합 연소기 버너헤드에 바이오가스 조성을 모사한 $CO_2$ 희석 연료를 사용하여, 가스터빈 연소기의 연소불안정에 미치는 영향을 연구하였다. 이중 스월이 적용된 이중화염에서 연료분배율(Pilot fuel mass fraction)에 따라 화염구조가 상이하며 이에 따라 연소장의 온도분포와 연소불안정 특성이 결정된다. 동압신호와 phase-resolved $OH^*$ 이미지를 통해 연료분배율 변화와 $CO_2$ 희석률 증가에 따른 연소불안정 크기 감소와 그 경향을 알 수 있었다. $CO_2$ 희석에 의해 열방출 섭동의 크기가 감소하고 화염속도가 감소하며 이에 따라 화염면의 팽창 즉, 체적의 증가로 인해 연소불안정이 감소되는 것을 실험을 통해 확인하였다.

• 한국연소학회지
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• 제18권3호
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• pp.68-74
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• 2013

가스터빈용 희박 예혼합 연소기 내부에 와류 발생기(vortex generator)를 장착하여 그에 따른 연료/공기혼합 및 NOx 배출 특성 변화를 조사하였다. 이를 위해 수치해석적 방법을 채택하여 연소기내 유동특성, 연료/공기 혼합도, 배기가스(NOx), 화염형상을 분석하였다. 와류 발생기를 장착한 경우, 연소기 내부에서 와류 발생기에 의한 나사산 형상으로 인해 와류가 형성되며 이는 연소기 전면부까지 유지되었다. 또한 연소기 내부 면적 차로 인해 압력섭동이 발생하였다. 이와 더불어 연소기 전면부 기준 상류지역의 연료와 공기의 혼합도가 증가됨으로서 연료 과농지역이 감소하게 되며 이로 인해 전반적인 NOx 발생량의 감소 효과를 볼 수 있었다. 화염 형상의 변화로부터 와류 발생기의 영향으로 선회수는 다소 감소할 것으로 예상되며, 이는 와류 발생기로 인한 유속의 반복적 증감에 의한 결과라고 판단된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권2호
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• pp.225-232
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• 2012

희박 예혼합 가스터빈 연소기에서 배출되는 NOx, CO 와 같은 오염물질을 예측하기 위해서 화학반응기 네트워크 모델을 개발했다. 본 연구에서는 CHEMKIN 코드와 4 가지 NO 생성 메커니즘을 포함한 GRI 3.0 메탄-공기 연소 메커니즘을 이용해서 가스터빈의 부하조건을 변화시키며 NOx 및 CO 배출의 예측을 수행하였다. 모델의 검증을 위해서 계산된 결과를 모사연소기의 실험 데이터와 비교하였다. 여러부하조건에 따른 4 가지 NO 경로의 기여도를 조사하였다. 또한 인젝터의 질량유동 및 당량비의 불균일성이 NOx 배출이 끼치는 영향을 고찰하고 10ppm 이하의 저 NOx 연소기 개발을 위한 저감 방법을 제안했다.

• 한국연소학회지
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• 제9권1호
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• pp.25-31
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• 2004

Various types of the air/fuel pre-mixer have been designed and tested to investigate the combustion characteristics of the lean-premixed gas turbine combustor, such as NO emission and flame stability. One type of the pre-mixers has been selected and installed to a 70 kW lean-premixed gas turbine combustor. The concentrations of CO and NO were measured with varying equivalence ratios in the combustion chamber at ambient pressure. The result shows that the emissions of CO and NO are heavily affected by the shape of the pre-mixer. The NO and CO emissions decreased, as the mixing ratio of air and fuel increased. In addition, the NO emission of the lean-premixed low NOx combustor is more dependent on the equivalence ratio than that of the conventional combustor.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1998년도 제10회 학술강연회논문집
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• pp.2-2
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• 1998

현대우주항공(주)가 미국의 AlliedSignal사와 함께 국제 공동 개발중인 10MW급의 ASE120 엔진은 항공용 엔진을 산업용으로 개조한 개조형 엔진으로서 희박 예혼합 예기화(Lean Premix prevaporization) 방식의 연소기를 쓰고 있다. 이 연소기는 연소에 관여하는 공기량을 부하에 따라 가감하여 일정 공연비를 유지하는 air staging법을 사용하고 있으며 이로써 연소화염온도를 일정치로 조절하여 연소중 생성되는 유해가스의 양을 목표치 이하로 제어한다. 연소화염온도 설계치는 2912$^{\circ}$F이며 배기가스 발생량은 NOx, CO모두 궁극적으로 10ppmv 이하를 목표로 하고 있다. 이러한 건식 저 배기가스(Dry Low Emission) 연소기가 그 역할을 다하기 위하여는 양호한 혼합기를 확보하는 것이 선결 문제이다. 본 연구소에서는 두 개의 혼합기(mixing can)가 180$^{\circ}$ 간격으로 환형 연소기(annular type)에 접선 방향으로 설치되어 대칭을 이루고 있고 혼합기의 혼합성능을 측정하기 위하여 제작된 시험장치에는 하나의 혼합기만을 쓰고 있다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제24회 춘계학술대회논문집
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• pp.259-264
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• 2005

연소불안정과 밀접한 관련이 있는 열방출의 측정은 연소불안정을 제어하는데 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 희박예혼합연소에서 반응영역의 위치와 전체, 국소 열방출률의 지표로 많이 사용되는 $OH^{\ast}$ 이미지를 ICCD를 이용해 취득하였다. 본 연구의 목적은 당량비가 전체 열방출률과 국소 레일라이 지수 분포에 미치는 영향을 알아보는 것이다. 국소 레일라이 지수 분포는 선적분된 이미지를 아벨 역변환 시켜서 화염의 중앙 단면 정보를 통해 얻을 수 있었다. 각 당량비 조건에서, 한 주기 동안의 열방출의 평균값은 당량비가 증가함에 따라 지수 함수적으로 증가하였다. 국소 레일라이 지수 분포 결과로부터, 연소불안정을 증폭시키거나 소멸시키는 영역을 분명히 알 수 있었다. 이것은 넓은 당량비 조건에 대한 화염구조와 연소불안정 영역에 대한 통찰력을 제공한다.