• 제목/요약/키워드: 희박연소 혼합기

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스월연소기의 난류와 화학반응 간섭효과 (Interaction Effects of Turbulent Flow and Chemical Reaction in a Swirl Combustor)

  • 성홍계;김종찬;;차봉준;안이기
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2007년도 제28회 춘계학술대회논문집
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    • pp.71-74
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    • 2007
  • 희박 예혼합 스월 연소기의 난류 연소와 화학반응간의 간섭 메커니즘을 파악하기 위하여 Large Eddy Simulation(LES)을 수행하였다. 난류 화염의 유동 특성을 자세히 살펴보기 위하여 비정상 난류 연소 수치해석 기법을 적용하여, 약간의 연료 덩어리가 일차연소영역(Primary combustion zone)에서 빠져나와 선회 방향으로 흘러 국부적 핫스팟(hot spot)을 발생시키며, 이는 large vortical structure를 만들어 내는 것을 관찰 할 수 있었다. 압력변동과 비정상 열 방출 사이의 관계는 공간 및 시간적 Rayleigh parameter에 의해 고찰되었다.

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초희박 LPG 직접분사식 엔진에서 질소산화물 저감을 위한 배기재순환 적용성 평가 (Evaluation of EGR applicability for NOx reduction in lean-burn LPG direct injection engine)

  • 박철웅;조시현;김태영;조규백;이장희
    • 한국가스학회지
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    • 제19권4호
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    • pp.22-28
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    • 2015
  • LPG가 수송용 연료로서 경쟁력을 유지하기 위해서는 지속적인 기술개발을 통해 휘발유와의 연비격차를 감소시키고 후처리시스템 등에 의한 가격 부담을 낮추어야 한다. 이에 본 연구에서는 안정적인 희박연소 구현을 통한 연비개선을 얻기 위해 실린더 중앙에 점화플러그와 연료분사기가 인접해 있고, 연료가 분사된 후 바로 점화가 이루어지도록 하는 분무유도방식의 LPG 직접분사엔진을 개발의 일환으로 연소제어인자의 변화에 따른 연소 특성을 분석하였다. 안정적인 연소를 위해 국부적으로 농후한 혼합기를 형성하는 성층희박연소의 특성상 일정 수준이상의 질소산화물이 배출되는 문제점을 갖고 있다. 질소산화물 저감을 위해 EGR을 적용한 결과 연료소비율과 THC의 배출은 약간 증가하지만 $NO_x$배출은 약 15% 저감되었다. EGR 적용에 의한 연소속도의 감소는 초기 화염발달 시기에 집중되어 나타났으며 흡입공기의 희석효과에 의해 EGR율이 증가할수록 최대 열방출율 및 열방출율 증가 기울기가 감소하였다.

유한요소법을 이용한 부분 예혼합 가스터빈 연소기에서의 연소불안정 모델링 (Combustion Instability Modeling in a Partially-premixed Gas Turbine Combustor using Finite Element Method)

  • 장세구;김대식;주성필;윤영빈
    • 한국분무공학회지
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    • 제23권1호
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    • pp.16-21
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    • 2018
  • The current study has developed an in-house 3D FEM code in order to model thermoacoustic problems in a gas turbine combustion system and compared calculation results of main instability characteristics with measured ones from a lab-scale partially-premixed combustor. From the comparison of calculation results with the measured data, the current model could successfully capture the harmonic longitudinal instability frequencies and their spatial distributions of the acoustic field as well as the growth rate of self-excited modes.

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.

희박 예혼합 연소를 이용한 마이크로터빈의 저공해 연소기 개발에 관한 연구 (The Study on Development of Low NOx Combustor with Lean Burn Characteristics for Microturbine)

  • 윤정중;이헌석
    • 유체기계공업학회:학술대회논문집
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    • 유체기계공업학회 2003년도 유체기계 연구개발 발표회 논문집
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    • pp.63-72
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    • 2003
  • In order to reduce NOx emissions in the 20kW class microturbine under development, the low NOx characteristics, as being an application to the lean premixed combustion technology, have been investigated. The study has been conducted at the conditions of high temperature and high pressure. Theair from a compressor with the pressure of 2.5bar, 3.0bar, 3.5bar was supplied to the combustor with the temperature 560K through the air preheat-treatment. The sampling exhaust gas was measured at the immediate exit of the combustor. For the effect of temperature on NO and CO emissions, though NOx were increased, CO was decreased with increasing inlet air temperature. With increasing inlet air pressure, NOx were increased and CO was decreased also. NOx were decreased, but CO was increased with increasing inlet air mass flow rate. The test has been performed on the equivalent ratio of 0.10 to 0.16 in the lean region. NOx were increased with increasing equivalent ratio, but CO was decreased as an influence of flame temperature. CFD work with an appropriate combustion model predicated a complicated swirling flow pattern in the combustor, and also produced a numerical value of NOx and CO emissions which was to be compared with the experimental one. As the results of this study, NOx are expected to be reduced to less than 42ppm at 15% O2 when operated at the design condition of the 20kW class microturbine.

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열음향 해석 모델을 통한 가스터빈 연소기에서의 선형 안정성 분석 (Linear Stability Analysis in a Gas Turbine Combustor Using Thermoacoustic Models)

  • 김대식
    • 한국연소학회지
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    • 제17권2호
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    • pp.17-23
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    • 2012
  • In this study, thermoacoustic analysis model was developed in order to predict both eigenfrequencies and initial growth rate of combustion instabilities for lean premixed gas turbine combustors. As a first step, a model combustor and nozzle were selected and analytical linear equations for thermoacoustic waves were derived for a given combustion system. Then, methods showing how the equations can be used for analysis of the combustion instability were suggested. It was found that the prediction results showed a good agreement with the measurements. However, there were some limitation in growth rate predictions, which were related with over-simplification of flame structure, acoustic boundary conditions, and temperature distribution in the combustor.

이중 연료 분사구조를 갖는 희박-예혼합 버너의 연소특성 연구 (Study on Lean-Premixed Combustion Characteristics of Dual-Stage Burner)

  • 장재환;조주형;김한석;이상민;김민국;안국영
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제37권1호
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    • pp.51-57
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    • 2013
  • 본 연구에서는 가스터빈 연소기에 적용하기 위한 예혼합 스월버너의 배기가스 및 화염안정성 최적화를 위하여 버너의 구조변경에 따른 연소특성을 실험적으로 분석하였다. 버너의 연료분사구조에 따른 배기가스 배출 특성을 파악하고자 단일연료분사구조와 이중연료분사구조를 갖는 예혼합 버너의 연소특성을 비교 분석하였으며 이중연료분사구조 적용 시 연료/공기 혼합특성이 향상되어 CO와 NOx의 배출농도가 감소하는 경향을 나타내었다. 또한, 노즐출구와 라이너의 지름 비(confined ratio)에 따른 연소부하 및 배기가스 특성을 분석한 결과 confined ratio 감소 시 연소부하 감소로 인해 NOx 배출농도가 감소되었으며, 체류시간의 증가로 인해 CO의 산화 반응이 증가하여 CO 배출농도가 감소하였다. 노즐분출속도는 30 m/s에서 배기가스특성이 우수하며, 속도 증가(40 m/s) 시 배가스특성이 저하되고 속도 감소(20 m/s) 시 화염안정성이 저하되었다.

희박연소를 이용한 가스터빈 연소기의 저 $NO_{x}$ 특성 (The Low $NO_{x}$ Characteristics of a Lean Premixed Gas Turbine Combustor)

  • 손민규;안국영;김한석;김용모
    • 대한기계학회:학술대회논문집
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    • 대한기계학회 2001년도 춘계학술대회논문집D
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    • pp.66-70
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    • 2001
  • The combustion characteristics have been investigated to develop the low $NO_{x}$ gas turbine combustor. The lean premixed combustion technology was applied to reduce the $NO_{x}$ emission. Also, the conventional combustor was designed and tested for the baseline of low $NO_{x}$ combustor performance. The test was conducted at the condition of high temperature and ambient pressure. The combustion air which has the temperature of 500K were supplied to the combustor through the air preheater. The temperature and emissions of $NO_{x}$ and CO were measured at the exit of combustor. The premixing chamber can be operated very lean condition of equivalence ratio around 0.35. The $NO_{x}$ was decreased with decreasing the equivalence ration. The CO was decreased with decreasing the equivalence ratio, but the CO was increased with decreasing the equivalence ratio below 0.45. But, at the very lean condition of equivalence ratio below 0.35 both NOx and CO were increased because of the flame unstability. The $NO_{x}$ was decreased slightly and CO was increased with increasing inlet air flowrate. This results can be used to determine the size of combustor. The low $NO_{x}$ combustor has lower values of $NO_{x}$ and CO compared with conventional one. Consequently the performance of combustor shows the possibility of the application to the gas turbine system.

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점화에너지 특성이 예혼합기의 착화와 연소에 미치는 영향 (Effect of Ignition-Energy Characteristics on the Ignition and the Combustion of a Premixed Gas)

  • 이중순;이태원;정성식;하종률
    • 한국자동차공학회논문집
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    • 제4권1호
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    • pp.28-35
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    • 1996
  • In this paper, we study effect of the factors, participating in the combustion as the initial conditions, such as the flow characteristics of the mixture and the initial temperature, pressure and equivalence ratio in the chamber on the ignitability of the mixture, the combustion duration and the maximum combustion-pressure. The experiment was performed in a constant-volume combustion chamber, with turbulent flow inside, equivalent to the actual engine at TDC. The present experiment utilizes three devices which differ from each other in the distribution and the magnitude of discharge energy.

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희박 예혼합 모형 가스터빈 연소기의 화염구조와 배기특성에 관한 실험적 연구 (Experimental Investigation on Flame Structure and Emission Characteristics in a Lean Premixed Model Gas Turbine Combustor)

  • 이종호;김대현;전충환;장영준
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제28권4호
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    • pp.425-432
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    • 2004
  • The objective of this study is a qualitative comparison between line-integrated OH chemiluminescence(OH$\^$*/) image and its Abel inverted image to investigate the flame structure at different phase of the oscillating pressure field. PIV(Particle Image Velocimetry) measurements were conducted under non-reacting conditions to see the global flow structure and NOx emission was measured to investigate the effect of fuel-air premixing on combustion instability and emission characteristics. Experiments were carried out in an atmospheric pressure, laboratory-scale dump combustor operating on natural gas. Combustion instabilities in present study exhibited a longitudinal mode with a dominant frequency of ∼341.8㎐, which corresponded to a quarter wave mode of combustor. Heat release and pressure waves were in-phase when instability occurred. Results gave an insight about the location where the strong coherence of pressure and heat release existed. Also an additional information on active control to suppress the combustion instabilities was obtained. For lean premixed combustion, strong correlation between OH$\^$*/ and NOx emissions was expected largely due to the exponential dependence of thermal NOx mechanism on flame temperature.