• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2002년도 학술대회지
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• pp.259-262
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• 2002

Application of combustion stabilization devices such as baffle and acoustic cavity to liquid propellant rocket engine is investigated to suppress high-frequency combustion instability, i.e., acoustic instability. First, these damping devices are designed based on linear damping theory. As a principal design parameter, damping factor is considered and calculated numerically in the chambers with various specifications of these devices. Next, the unbaffled chambers with/without acoustic cavities are tested experimentally for several operating conditions. The unbaffled chamber shows the specific stability characteristics depending on the operating condition and has small dynamic stability margin. The most hazardous frequency is clearly identified through Fast Fourier Transform. As a result, the acoustic cavity with the present design has little stabilization effect in this specific chamber. Finally, stability rating tests are conducted with the baffled chamber, where evident combustion stabilization is observed, which indicates sufficient damping effect. Thrust loss caused by baffle installation is about $2{\%}$.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권6호
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• pp.79-87
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• 2003

로켓엔진에서 발생하는 고주파 연소 불안정(음향 불안정)을 억제하기 위해 엔진에 적용되는, 배플이나 음향공과 같은 연소 안정화기구를 설계하고 그 효과를 시험을 통해 검증하였다. 먼저, 음향 감쇠 관점에서, 선형 감쇠이론을 토대로 연소 안정화기구를 설계하였으며, 주요 설계인자로서 감쇠인자를 고려하여 여러 연소실에서의 감쇠인자를 수치적으로 계산하였따. 다음으로, 다양한 작동조건에서, 음향공이 장착된 무배플 연소실에서의 연소시험이 수행되었다. 이를 통해 무배플 연소실의 안정성 특성, 주요 유해주파수 및 유해 음향모드 등이 파악되었으며, 동적 안정성 여분이 상당히 작음이 확인되었다. 이는, 무배플 연소실의 연소 안정화에 현재 사양의 음향공의 효과가 미흡함을 입증한다. 배플의 효과를 입증하기 위해 배플장착 연소실에서 연소 안정성 평가시험을 수행하였고, 뚜렷한 연소 안정화 현상을 관측할 수 있었다. 이는 현 설계사양의 배플이 충분한 감쇠 효과를 가짐을 입증한다.

• 한국분무공학회지
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• 제19권2호
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• pp.75-81
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• 2014

Swirl flow in the gun type burner has a decisive effect on the stabilization of the flame, improvement of the combustion efficiency, and also a reduction of NOx. This swirl flow is created by the spinner which is inside the airtube that guide the combustion air. Gun type burner has generally the inner devices composed nozzle adapter, spark gap ignitor, and spinner. These inner components change the air flow behavior passing through air tube. Meanwhile, turbulent characteristics of this air flow are important to understand the combustion phenomena in the gun type burner, because the mixture of fuel and air are depended on. However, nearly all of the studies have been analyzed the turbulent flow of simplified combustion formation without the inner devices. So, this study conducted the measurement using by hot-wire anemometer and analyzed turbulent flow characteristics of the swirl flow discharged from the air tube with inner devices. Turbulence characteristics come up in this study were turbulence intensity, kinetic energy and shear stress of the air flow with the change of the distance of axial direction from the exit of the air tube.

• 한국분무공학회지
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• 제20권2호
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• pp.70-75
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• 2015

Swirl flow in the gun type burner has an impact on the stabilization of the flame, improvement of the combustion efficiency. The swirl flow is created by the spinner which is inside the airtube that guide the combustion air. Gun type burner has generally the inner devices composed electronic spark plug, injection nozzle, combustion device adaptor, and spinner. These inner components change the air flow behavior passing through airtube. So, this study conducted the measurement using by hot-wire anemometer and analyzed effect of the swirl number of spinner on the exhaust air of gun type burner. Turbulence characteristics come up in this study was mean velocity, turbulence intensity, kinetic energy, shear stress and flattness factor of the air flow with the change of the distance of axial direction and tangential direction from the exit of the airtube.

• 항공우주기술
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• 제3권1호
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• pp.188-196
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• 2004

수동제어기구로서 사용되는 배플의 축방향 길이의 최적화 및 한계를 평가하기 위하여, 축방향 길이를 작동인자로 하여 연소 안정성 여분을 평가하였다. 외부 교란 발생 장치로서 2번의 기폭이 가능한 펄스건을 사용하였다. 외부 교란에 대한 연소실에서의 응답 특성을, 감쇠 시간과 진폭비와 같은 인자를 도입하여 정량화하였다. 설계점과 탈설계점에서 시험을 수행하였으며, 분사기의 충돌점으로 생각할 수 있는 화염 영역을 감싸지 못하는 경우에는 배플의 충분한 감쇠 능력을 보장할 수 없음을 확인하였다. 따라서 연소 안정성의 여분의 경계는 50mm 정도의 배플인 것으로 판단되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제33권1호
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• pp.69-77
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• 2005

KSR-III 개발과정에서 배플을 장착하여 연소 불안정 현상을 해결한 바 있으나, 추력 및 냉각과 관련된 축방향 길이에 대한 최적화 과정을 거치지는 않았다. 이에 수동제어기구로서 사용되는 배플의 축방향 길이의 최적화 및 한계를 평가하기 위하여, 축방향 길이를 작동인자로 하여 연소 안정성 여분을 평가하였다. 외부 교란 발생 장치로서 2번의 기폭이 가능한 펄스건을 사용하였다. 외부 교란에 대한 연소실에서의 응답 특성을, 감쇠 시간과 진폭비와 같은 인자를 도입하여 정량화하였다. 설계점과 탈설계점에서 시험을 수행하였으며, 분사기의 충돌점으로 생각할 수 있는 화염 영역을 감싸지 못하는 경우에는 배플의 충분한 감쇠 능력을 보장할 수 없음을 확인하였다. 따라서 연소 안정성의 여분의 경계는 KSR-III에서의 작동조건 하에서 50 mm 정도의 배플인 것으로 판단되었다.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제18권8호
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• pp.1461-1469
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• 2004

Acoustic characteristics in an industrial gas-turbine combustor are numerically investigated by a linear acoustic analysis. Spatially non-homogeneous temperature field in the combustor is considered in the numerical calculation and the characteristics are analyzed in view of acoustic instability. Acoustic analyses are conducted in the combustors without and with acoustic resonator, which is one of the acoustic-damping devices or combustion stabilization devices. It has been reported that severe pressure fluctuation frequently occurs in the adopted combustor, and the measured signal of pressure oscillation is compared with the acoustic-pressure response from the numerical calculation. The numerical results are in good agreement with the measurement data. In this regard. the phenomenon of pressure fluctuation in the combustor could be caused by acoustic instability. From the numerical results for the combustor with present acoustic resonators installed, the acoustic effects of the resonators are analyzed in the viewpoints of both the frequency tuning and the damping capacity. It is found that the resonators with present specifications are not optimized and thus, the improved specification or design is required.

• 한국연소학회지
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• 제14권2호
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• pp.26-31
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• 2009

Adding small amounts of air to the fuel is used in many commercial combustors to avoid sooty flame. But partially premixed jet flame has lower blowout velocity, $u_{b.o}$, than nonpremixed one. Increasing blowout limit would be one of the key factors to develope highly intense compact combustion devices. Swirling flow enhances fuel and air mixing and induces a highly turbulent recirculation zone, which helps flame stabilization. It was known that NOx emission decreases with swirl on the proper range of swirl number. And it was shown that the flame interaction in multiple jets also increases $u_{b.o}$ owing to the internal recirculation and reduces NO emission. If the effects of swirl and flame interaction are combined together in partially premixed flame, both $u_{b.o}$ increasement and NOx emission reduction could be achieved. Blowout limits of partially premixed interacting propane flame in the swirling air coflow are investigated experimentally. The results show that the flame is not extinguished up to the experimental limits, 210 m/s, at the swirl number of 0.32 and $X_{F,o}$ = 0.46.

• 한국항공우주학회지
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• 제32권6호
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• pp.110-116
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• 2004

고주파 연소불안정을 억제/방지하기 위해서는 가장 먼저 로켓엔진 연소기 내에서 나타나는 음향학적 특성을 파악하여야 하며, 수동안정화기구의 장착에 따른 음향안정성 여분을 정량적으로 비교/평가하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 기존의 실험적 평가방법을 대체할 수 있는 3차원 음향 해석코드를 개발하였으며, KSR-III 엔진 개발과정을 통해 수행되었던 상온음향 시험결과와 비교를 통해 신뢰도를 검증하였다. 연소기내의 주파수 응답특성을 잘 예측하였으며, 특히 배플 장착에 따른 음향감쇠효과를 정량적으로 나타내는 감쇠인 자비와 공진주파수 변이에 대해 실험결과와 일치하는 결과를 나타내었다. 따라서 향후 수동안정화기구를 설계/해석하는데 있어 유용하게 활용할 수 있을 뿐 아니라, 연소안정화와 관련된 다양한 연구에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2004년도 춘계학술대회
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• pp.1292-1297
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• 2004

Acoustic characteristics in an industrial gas-turbine combustor are numerically investigated by adopting linear acoustic analysis. Spatially non-homogeneous temperature field in the combustor is considered in the numerical calculation and the characteristics are analyzed in view of acoustic instability. Acoustic analysis are conducted in the combustors without and with acoustic resonator, which is one of combustion stabilization devices. It has been reported that severe pressure fluctuation frequently occurs in the adopted combustor, and the measured signal of pressure oscillation is compared with the acoustic-pressure response from the numerical calculation. The numerical results are in a good agreement with the measurement data. In this regard, the phenomenon of pressure fluctuation in the combustor could be caused by acoustic instability. The acoustic effects of the resonators are analyzed in the viewpoints of both the frequency tuning and the damping capacity.