• 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.

• 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.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2003년도 추계학술대회
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• pp.356-361
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• 2003

The objective of this study is a qualitative comparison between line-integrated OH chemiluminescence ($OH{\ast}$) image and its Abel inversion image 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. Also 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 ${\sim}341.8$ Hz, 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 $OH{\ast}$ and NOx emissions was expected largely due to the exponential dependence of thermal NOx mechanism on flame temperature.

• 한국추진공학회지
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• 제21권5호
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• pp.46-53
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• 2017

본 논문은 "예혼합실+노즐+연소실"의 3단으로 구성된 예혼합 가스터빈 연소기의 열음향모델을 제시한다. 음향장의 동적특성은 화염섭동을 입력으로 화염면에서의 속도를 출력으로 하는 음향전달함수로 표현되었다. 음향전달함수의 극점들을 분석함으로서 음향장의 공진주파수는 각 단 사이의 면적비, 그리고 음향파가 각 단을 왕복 운동하는 3개 주파수들의 조합으로 주어짐을 보였다. 극점을 나타내는 함수의 형태를 분석하여 3단 연소기의 여러 파라미터가 변함에 따라서 공진주파수가 어떻게 변하는가에 대하여 해석적으로 분석하였고 문헌의 실험결과와 일치함을 확인하였다.

• 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.

• 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.

• 한국추진공학회지
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• 제20권4호
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• pp.40-49
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• 2016

본 연구의 목적은 저선회 모델 연소기에서 저선회 연소의 특성을 확인하는 것이다. 이를 위해 선회각도에 따른 화염의 형상 및 안정화 영역, 배기성능에 대한 평가가 실험적으로 수행되었다. 저선회 연소의 큰 특징은 화염이 부상되어 존재하게 되는데, 이러한 부상화염은 확대유동과 예혼합 화염의 전파특성이 절묘하게 결합되어 발생하게 된다. 본 연소기에서 이러한 부상화염의 특징을 속도 유동장을 통하여 확인하였으며 화염을 가시화하여 나타내었다. 가시화된 화염은 열용량과 당량비에 따라 분류하였다. 선회각도의 변화에 따른 연구를 통해 선회각도만으로도 희박 가연한계를 확장시킬 수 있음을 보였다. 또한 선회각도가 증가할수록 혼합이 향상되고 체류시간이 짧아져 NOx와 CO의 배출이 감소되는 것으로 확인되었다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2003년도 추계학술대회
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• pp.314-319
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• 2003

The concept of lean-premixed combustion in gas turbine combustor operation has become a standard in recent years as an effective means to meet stringent enviromental standards on NOx emissions. The combustion characteristics of 75 kW class lean premixed combustor were investigated at the conditions of high temperature and ambient pressure. The exit temperature and emissions of CO and NOx were measured at the center of exit plane. The high temperature air of $550K{\sim}650K$ was supplied through air preheater. As expected, experimental results indicate that NOx emission was increased and CO emission was decreased by increasing inlet air temperature. But CO emission measured at the center of exit plane was increased because of the non-uniform radial direction profiles. The Semi-Empirical Correlation method was applied to obtain the design point emissions of NOx and CO. Also the flame temperature, CO and NOx emissions were measured along the centerline of liner at 650K inlet air temperature to determine the position of dilution holes.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2002년도 학술대회지
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• pp.279-282
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• 2002

Recently, gas turbines for power generation adopt multistage DLN(Dry Low NOx) type combustion, where diffusion combustion is applied at low load and, with increase in load, the combustion mode is changed to lean premixed combustion to reduce NOx emissive concentration. However, during the mode changeover from diffusion to premixed flame, unfavorable phenomena, such as flashback, high amplitude combustion oscillations, or thermal damage of combustor parts could frequently occur. In the present study, to apply for the analysis of such unfavorable phenomena, three-dimensional CFD investigations are carried out to compare the detailed flow characteristics and temperature distribution inside the gas turbine combustor before and after combustion mode changeover. The fuel considered here is pure methane gas. A standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model with wall function and a P-N type radiation heat transfer model, have been utilized. To analyze the complex geometric effects of combustor parts on combustion characteristics, fuel nozzles, a swirl vane f3r fuel-air mixing, and cooling air holes on the combustor liner wall, are included in this simulation.

• 한국항공우주학회지
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• 제33권11호
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• pp.65-73
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• 2005

천음속 미교란 모델과 1단계 1차 Arrhenius 화학반응식을 이용하여 반응유체의 압축성 유동에 대하여 연구하였다. 유체 유동은 적은 열방출을 수반하는 희박 예혼합 반응에 국한시켰다. 천음속 연소에 끼치는 채널형상과 채널입구 마하수의 영향 등을 수치해석을 이용하여 조사하였다. 수치결과에서 채널확대는 주어진 채널길이 내에서 화학반응을 증가시키고 있음에 반하여 채널수축은 출구 근처에서 화학반응을 억제시키고 있음을 보여주고 있다. 확대형 채널 내에서 입구유동 마하수 증가는 고정된 반응속도에서 유동을 가속시켰으며 불활성 유체 경우에는 나타나지 않는 약한 충격파가 나타났다. 또한 확대형 채널 출구 근처의 압력과 온도를 증가시키고 주어진 채널길이 내에서 반응체의 소비를 도와준다.