• 제목/요약/키워드: 화염 안정성

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연소 불안정 예측을 위한 열음향 해석 모델 - Part 2 : 비선형 안정성 해석 (Thermoacoustic Analysis Model for Combustion Instability Prediction - Part 2 : Nonlinear Instability Analysis)

  • 김대식;김규태
    • 한국추진공학회지
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    • 제16권6호
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    • pp.41-47
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    • 2012
  • 연소 불안정 현상을 완전하게 이해하기 위해서는 천이 과정과 한계 진폭과 같은 비선형 거동에 대한 예측이 매우 중요하다. 가스터빈 희박 예혼합 연소기에서 이러한 비선형 거동은 화염의 비선형 동특성에 크게 의존하게 된다. 본 연구에서는 기존에 선형 해석으로부터 비선형 열음향 해석으로 확장하기 위해서 화염 묘사 함수를 통한 시스템 안정성 해석 기법이 소개되었다. 이를 위하여, 주파수 뿐만 아니라 속도 진폭에 따른 열발생율의 변동 특성이 실험 결과로부터 모델링되었다. 현재 해석 조건에서 비선형 모델링 결과, 주어진 연소기 길이에서 속도 진폭이 불안정 주파수에 미치는 영향은 미비하였으나, 성장률에는 크게 영향을 미치는 것으로 나타났다. 향후 다양한 조건에서 비선형 모델의 검증과 한계 진폭의 예측 결과에 대한 실험 결과와의 비교가 요구된다.

이중 콘형 부분 예혼합 GT 노즐의 연료 분사구 형상 변화에 대한 연소특성 (Combustion Characteristics of a Double-cone Partial Premixed Nozzle with Various Fuel hole Patterns)

  • 김한석;조주형;김민국;황정재;이원준
    • 한국가스학회지
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    • 제24권4호
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    • pp.25-31
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    • 2020
  • 산업용 혹은 발전용 가스터빈에 사용되는 이중 콘형 예혼합 연소기의 연소 특성을 이해하기 위하여 실험적 연구를 수행하였다. 노즐의 여러 연료 분사 방식에 대하여 NOx와 CO의 배출 특성, 화염 안정성 및 연소실 온도 분포에 대한 연소특성을 비교하였다. 주 연구 결과로는 연료홀 개수가 동일하고 연료 홀 직경이 감소하는 경우와 연료 홀면적이 동일하고 연료 홀 수가 감소되는 경우 연료의 연소용 공기층 침투가 커지기 때문에 NOx의 배출은 감소하지만 화염 안정성은 감소하게 된다. 그리고 동일 연료 홀 면적을 이용하는 분사방식에 있어서 연료 홀을 교차 변경하는 경우 연료의 평균 침투거리 증가로 NOx의 배출이 감소되며 연료 침투거리가 적은 연료가 화염을 안정화시키는 역할을 한다.

복사 열손실에 의한 소염근처에서 셀모양 대향류 확산화염의 특성에 대한 수치해석 (Numerical Analysis of Characteristics of Cellular Counterflow Diffusion Flames near Radiative Extinction Limit)

  • 이수룡
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제38권6호
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    • pp.493-500
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    • 2014
  • Damk$\ddot{o}$hler수가 클 때 복사열손실에 의한 소염근처에서 셀모양의 대향류확산화염의 특성에 대하여 수치해석적으로 연구하였다. Lewis 수를 0.5로 두고 일차원 정상상태의 화염의 해에 매우 작은 교란을 가하여 시간에 따른 화염전개를 계산하였다. 천이과정 초기에는 선형안정성 해석에서 예측된 결과와 매우 비슷하게 진행된다. 시간이 증가함에 따라 증가율이 가장 강한 파동수를 갖는 교란파가 성장하고, 완전히 발달되면 소염영역과 화염영역이 번갈아 나타나는 셀모양의 화염구조를 갖는다. 화염온도는 총엔탈피의 국소 이득 때문에 일차원 정상상태의 화염온도보다 높다. 셀모양의 확산화염은 Damk$\ddot{o}$hler 수가 증가함에 따라 셀의 모양이 원형으로 되며 일차원 정상상태 소염조건보다 큰 Damk$\ddot{o}$hler 수에서도 셀모양의 화염은 꺼지지 않고 살아남는다.

저선회 연소기의 입구 속도에 따른 비반응 유동구조 분석 (Non-Reacting Flow Structure of a Low Swirl Combustor with respect to Inlet Velocities)

  • 정황희;이복직;이기만
    • 한국추진공학회지
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    • 제22권6호
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    • pp.56-63
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    • 2018
  • 저선회 연소기에서는 노즐출구의 속도장과 예혼합화염의 전파속도 간 균형에 의해 화염이 부상되어 존재한다. 저선회 화염의 부상높이에 대한 이해는 연소기의 안정성 및 노즐팁의 열화와 관련하여 중요한 문제이다. 이전의 실험적 연구로부터 입구 속도의 증가에 따라 화염부상높이가 오히려 감소하는 현상이 관찰된 바 있다. 선회익을 통과하는 환형 유동과 난류생성판을 통과하는 중심유동 간의 복잡한 유동장을 규명하기 위하여, 입구 속도를 바꾸어가며 비반응 유동장에 대한 수치해석을 수행하였다. 입구 속도에 따른 노즐 출구에서의 유동구조를 분석하여 실험에서 관찰된 비직관적 경향에 대한 정성적 설명을 도출하였다.

동축류 제트에서 전기장에 의한 화염 안정성 증진에 대한 실험적 연구 (Experimental Study on the Stability Enhancement of Nonpremixed Flames in Coflow Jets)

  • 원상희;류승관;정석호;차민석
    • 한국연소학회:학술대회논문집
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    • 한국연소학회 2007년도 제34회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
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    • pp.191-196
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    • 2007
  • The enhancement of flame stability in coflow jets has been investigated experimentally by observing the liftoff behaviors of nonpremixed propane and methane flames in the electric fields. The liftoff or blowoff velocities has been measured in terms of the applied AC voltages and frequency. The experimental results showed that the liftoff velocity could be extended significantly just by applying the high voltage to the central fuel nozzle both for propane and methane. As increasing the applied voltage, the liftoff velocity increases almost linearly with the applied voltage and have its maximum value at certain applied voltage. After that, the liftoff velocity showed decrease with the applied voltage. Through the experimental observation, we found that the liftoff velocity could be correlated well with the applied voltage and frequency in the linearly increasing regime. And after having maximum in the liftoff velocity, it was observed that the liftoff velocity decreases with the applied voltage irrespective of AC frequencies. To visualize the change of flame structure with electric fields, planar laser induced fluorescence technique was adopted, and the enhancement of flame stability has been explained based on the flame structural change in electric fields.

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예혼합화염 영역에서 확산화염의 불안정성에 관한 연구 (Diffusion-flame instability in the premixed-flame regime)

  • 이수룡;김종수
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제21권9호
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    • pp.1218-1229
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    • 1997
  • The diffusional-thermal instability of diffusion flames in the premixed-flame regime is studied in a constant-density two-dimensional counterflow diffusion-flame configuration, to investigate the instability mechanism by which periodic wrinkling, travelling or pulsating of the reaction sheet can occur. Attention is focused on flames with small departures of the Lewis number from unity and with small values of the stoichiometric mixture fraction, so that the premixed-flame regime can be employed for activation-energy asymptotics. Cellular patterns will occur near quasisteady extinction when the Lewis number of the more completely consumed reactant is less than a critical value( ~ =0.7). Parametric studies for the instability onset conditions show that flames with smaller values of the Lewis number and stoichiometric mixture fraction and with larger values of the Zel'dovich number tend to be more unstable. For Lewis number greater than unity, near-extinction flame are found to exhibit either travelling instability or pulsating instability.

다공 세라믹 버너 내부의 화염 거동에 관한 실험 (Experimental study on flame behavior within a porous ceramic burner)

  • 임인권;정석호
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제21권4호
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    • pp.518-524
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    • 1997
  • Experimental studies on combustion phenomena within a porous ceramic burner are reported. Main interest of the present work is to investigate fundamental flame behaviors and their effects on the burner operation. Due to high thermal capacity of the porous ceramic materials, the response of flame to burning condition changes is slow and thus to have a stabilized flame is quite difficult and takes much time. It is found that the temperature profile obtained at downstream of the flame zone is not much sensitive to the movement of flame and the speed of flame movement is less than 0.1 mm/sec for the conditions tested. With the premixed LPG/air flame imbedded within the porous ceramic burner, stable combustion regions and unstable combustion regions leading to blowoff or flashback phenomena are observed and mapped on flow velocity versus equivalence ratio diagram. For the development of burner operation technique which is more practical and safe, intermittent burning technique, where the fuel or/and air is supplied to the burner intermittently, is proposed as one of the flame control methods for the porous ceramic burner and tested in this study. Through the experiment, it is realized that the proposed method is acceptable in respect to burner performance and give much flexibility in the operation of porous ceramic burner.

LFG 혼합연료의 화염 안정화 특성 (Characteristics of Flame Stabilization of the LFG Mixing Gas)

  • 이창언;황철홍;김선호
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제26권2호
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    • pp.328-335
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    • 2002
  • In this study, experiments were performed to investigate the characteristics of flame stabilization of the LFG mixing gas. LFG has merely half heating value compared with liquified natural gas but can be greatly utilized as a commercial fuel. In order to use LFG in practical combustors, Webbe Index and heating value of LFG mixing gas were adjusted by mixing LPG with LFG. The comparisons were conducted between CH$_4$and LFG mixing gas for searching the region of flame stabilization based upon the flame blowout at maximum fuel stream velocity. As a result, the flame stability of LFG mixing gas was not improved with that of CH$_4$in non-swirl and weak swirl diffusion flame. However, LFG mixing gas had wide flame stabilization region rather than CH$_4$with increasing ambient flow rate in strong swirl. It was also found that flame stability was affected by included quantity of inert gas such as CO$_2$in the weak swirl but by heating value of fuel in strong swirl.

액체로켓엔진 분사기의 화염 및 동적 특성 연구 (A Study on Flame and Dynamic Characteristics of Injectors in Liquid Rocket Engine)

  • 송주영;이광진;서성현;한영민;설우석
    • 한국연소학회:학술대회논문집
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    • 한국연소학회 2004년도 제29회 KOSCI SYMPOSIUM 논문집
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    • pp.141-145
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    • 2004
  • The objective of the present study is to conduct model combustion tests for various injectors to identify their combustion stability characteristics. Three different double swirl coaxial injectors with variation of a recess length have been tested for the comparative study of CH flame structure and dynamic characteristics. Gaseous oxygen and mixture of gaseous methane and propane have been employed for simulating actual propellants used for a full-scale thrust chamber. Upon test results, the direct comparison between various types of injectors can be realized for the selection of the best design among prospective injectors.

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스파크 점화 엔진에서 초기화염 발달의 가시화 (Visualization of Initial Flame Development in an SI Engine)

  • 엄인용
    • 한국가시화정보학회지
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    • 제2권2호
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    • pp.45-51
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    • 2004
  • Initial flame development and propagation were visualized under different fuel injection timings to relate the initial flame development to the engine stability in a port injection SI engine. Experiments were performed in an optical single cylinder engine modified from a production engine and images were captured through the quartz window mounted in the piston by an intensified CCD camera. Stratification state was controlled by varying injection timing. Under each injection condition, the flame images were captured at the pre-set crank angles. These were averaged and processed to characterize the flame. The flame stability was estimated by the weighted average of flame area, luminosity, and standard deviation of flame area. Results show that stratification state according to injection timing did not affect on the direction of flame propagation. The flame development and the initial flame stability are strongly dependent on the stratified conditions and the initial flame stability governs the engine stability and lean misfire limit.

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