한국소음진동공학회 1997년도 춘계학술대회논문집; 경주코오롱호텔; 22-23 May 1997
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pp.621-626
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1997
Combustion instability is a common phenomenon in a ducted flame burner and is known as accompanying low frequency oscillation. This is due to the interaction between unsteady heat release rate and sound pressure field, that is, thermoacoustic feedback. In Rayleigh criterion, combustion instability is triggered when the heat additions is in phase with acoustic oscillation. A Rijke type burner with a pre-mixed flame is built for investigating the effect of Reynolds number and equivalence ratio on thermoacoustic oscillation. In addition, the effect of wall temperature is presented. The results suggest that the frequency of max. oscillation is dependent on Reynolds number and equivalence ratio whereas its magnitude is not a strong function of these two parameters. On the other hand, the wall temperature distribution has much strong effects on the oscillation, even creates different mode of acoustic resonance.
본 연구에서는 고가인 고속도 CCD카메라가 아닌 비교적 간단한 광파이버 시스템을 이용한 자려진동연소 발생에 관한 검출과, 진동연소가 발생하기 전에 이를 미리 예견할 수 있는 통계학적 수법에 관해 조사를 하였다. 먼저 자려진동연소의 발생시에 사용될 수 있는 광파이버의 유용성이 검증되었다. 광파이버에 의해 검출되어진 OH 라디칼 자발광 강도는 고속도 CCD카메라에 의해 얻어진 값과 강한 자려진동연소가 발생할 때에 거의 일치를 하였다. 자려진동연소가 발생하면 시스템과 연소기기에 손상을 가하게 된다. 이러한 피해가 발생하기 전에 자려진동연소의 발생 징후를 미리 포착하려는 시도를 하였다. 이를 위해 압력과 OH라디칼 자발광과 같은 화염에서의 변동성분께 대한 통계학적 처리를 이용하여 자려진동연소의 발생을 예견할 수 있는 독특한 수법에 관해 조사를 하였다.
70 N급 단일액체추진제 추력기 개발모델의 연소실 압력진동 강도와 추력응답특성이 갖는 상관도 도출을 위해 지상연소시험을 수행하였다. 단일추진제급 하이드라진이 연소시험용 추진제로 선정되었고, 연소실의 특성길이와 추진제 분사압력이 시험변수로 적용되었다. 시험조건 내에서의 추력실 직경 및 추진제 분사압력의 감소는 정체실의 압력진동을 증대시키고, 압력진동은 시험모델의 펄스 응답성능을 저해하는 요소로 작용하는 것이 확인되었다.
Unsteady Shock-Induced Combustion has been studied for the past few decades since it is considered as one of the potential ways to reach supersonic flights. Experimental observations of Unsteady SIC were observed as early as 1960's. But Lehr was the first to report in detail the mechanisms of Shock-Induced Combustion experimentally. Numerical Studies on SIC were helpful in explaining the insight into the oscillatory behaviour in the mid 90's to early 2000's. Detailed reaction mechanisms is required to prediction the SIC flowfield more in detail. However at that time, very few reaction mechanisms on hydrogen-oxidation were reported. In the last decade, various number of hydrogen reaction mechanisms were reported. In this study, an attempt has been made to analyze the effect of various reaction mechanisms in an unsteady mode of Shock-Induced Combustion.
A strong combustion-driven sound from a surface burner made of a perforated metal fiber plate for premixed gas was investigated to clarify the physical mechanism of its generation. A simple model was developed for the acoustic power generation in terms of the heat transfer response function and the acoustic impedance of the burner. The acoustic impedance of the perforated metal fiber placed on the open exit was measured and the heat release response of the burner to the oscillating flow associated with the acoustic disturbance was expressed in terms of a response function. It was found that the power is generated by the heat release in response to the downstream particle velocity, in contrast to the upstream velocity in the case of the Rijke oscillation driven by a heater placed in the lower half of a columm with upstream flow. The measured frequencies of the oscillation were in agreement with the estimated resonance frequencies and their excitation was varied with the combustion conditions. For the same fuel rate, the excited frequency increases with the air ratio if it is low but decreases with the ratio if not so low. Such frequency characteristics were explained by assuming a heat release response function with a time constant and it was shown that the excited frequency decreases as the time constant increases.
An experimental study was carried out in a small-scale test furnace to investigate the performance, such as $NO_X$ emission, enhancement of heat transfer, uniformity of temperature, and etc, of oscillating combustion applied in radiant tube burner system. A premixed type burner and a cyclic oscillating control valve were designed and used. The fuel, used commercial LPG in this study, was only oscillated using the cyclic oscillating control valve. As oscillating combustion was applied in radiant tube burner system, it is found that $NO_X$ emission, compared to no oscillation, could be reduced by 38% at $90{\sim}120rpm\;(1.5{\sim}2.0Hz)$. However, as oscillating frequency was increased, effect of abatement of $NO_X$ emission is gradually reduced. From the measurement of furnace heating time from $100^{\circ}C$ to $720^{\circ}C$, heat transfer is increased by 11.5% at the oscillation of 120rpm. Temperature distribution of radiant tube surface is more uniform at oscillation of 120rpm with decrease of the peak temperature and increase of low temperature. From these results, it is confirmed that oscillating combustion is useful in radiant tube burner system.
직경 대 길이비(L/D)의 값이 큰 고체 추진기관에서는 축방향 연소불안정 현상이 발생할 가능성이 높다. 일반적으로 이러한 현상을 억제하기 위해 추진제에 금속입자를 포함시키거나 그레인 설계시 축방향 압력 진동을 억제할 수 있도록 형상을 고안한다. Slotted-Tube형 그레인을 적용한 고체 추진기관은 연소시 Slot의 영향으로 인해 축방향 압력진동이 억제되나 Slot의 길이가 짧을 경우 연소 중반이후부터 실린더부의 영향으로 축방향 압력진동이 증폭될 수 있다. 본 연구에서는 230mm급 고체 추진기관의 연소 시험 결과 중 압력에 대해 스펙트럼 분석 및 음향모드 해석을 수행하여 축방향 압력 진동 현상을 분석하였다.
Experiment is conducted to grasp effects of flame curvature on flame behavior in laminar lifted-jet flames. Nozzle diameters of 0.1 and 1.0mm are used to vary flame curvature of edge flame. There exist three types of edge flame oscillation. These edge flame oscillations may be caused by radial heat loss at all flame conditions, by fuel Lewis numbers near or larger than unity with the help of appreciable radial conduction heat loss, and by buoyancy effects. These are confirmed by the analysis of oscillation frequencies. It is however seen that the change of lift-off height through edge-flame oscillation is mainly due to radial heat loss irrespective of Lewis number and buoyancy.
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