• 제목/요약/키워드: Flame instability

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예혼합화염의 불안정성 및 비선형적 거동에 관한 수치적 연구 (Numerical Study on the Premixed Flame Instability and Nonlinear Behavior)

  • 강상훈;백승욱;임홍근
    • 한국연소학회:학술대회논문집
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    • 한국연소학회 2005년도 제31회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
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    • pp.281-286
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    • 2005
  • To understand fundamental characteristics of combustion in a small scale device, the effects of the momentum and heat loss on the stability of laminar premixed flames in a narrow channel are investigated by two-dimensional high-fidelity numerical simulation. A general finding is that momentum loss promotes the Saffman-Taylor (S-T) instability which is additive to the Darrieus-Landau (D-L) instabilities, while the heat loss effects result in an enhancement of the diffusive-thermal (D-T) instability. These effects are also valid in nonlinear behavior of the premixed flame. The simulations of multiple cell interactions are also conducted with heat and momentum loss effects.

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가스터빈 연소기에서 1D 열음향 모델을 이용한 연소불안정 예측 (Combustion Instability Prediction Using 1D Thermoacoustic Model in a Gas Turbine Combustor)

  • 김진아;김대식
    • 한국분무공학회지
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    • 제20권4호
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    • pp.241-246
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    • 2015
  • The objective of the current study is to develop an 1D thermoacoustic model for predicting basic characteristics of combustion instability and to investigate effects of key parameters on the instabilities such as effects of flame geometry and acoustic boundary conditions. Another focus of the paper is placed on limit cycle prediction. In order to improve the model accuracy, the 1D model was modified considering the actual flame location and flame length (i.e. distribution of time delay). As a result, it is found that the reflection coefficients have a great effect on the growth rate of the instabilities. In addition, instability characteristics are shown to be strongly dependent upon the fuel compositions.

메소 스케일 사각 채널 내 예혼합 화염의 거동에 미치는 벽면 물성의 영향에 관한 실험적 연구 (Experimental Study of Material Effects on the Flame Behaviors in Meso-scale Rectangular Channels)

  • 곽영태;이대근;고창복
    • 한국연소학회:학술대회논문집
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    • 한국연소학회 2013년도 제46회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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    • pp.97-98
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    • 2013
  • Flame behaviors in meso-scale rectangular channels are largely influenced by heat recirculation through wall. In order to investigate the effects of wall thermal property on the heat recirculation and flame behaviors, meso-scale rectangular channels, of which upper and lower walls are made of quartz, stainless steel and silicon carbide and front and rear walls of quartz for flame visualization, were fabricated in this study. As a result, characteristic mixture velocities of propane-air flame, such as transition, stationary, and instability onset velocities, were measured for each channel and various mixture conditions. The results show that thermal conductivity has a close relationship to the characteristic velocities.

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디메틸에테르-공기 예혼합화염의 화염전파와 화염안정성에 있어서 합성가스의 첨가효과에 관한 실험적 연구 (Experimental Study on Effects of Syngas Addition in Flame Propagation and Stability of DME-Air Premixed Flames)

  • 송원식;박정;권오붕;윤진한;길상인
    • 한국연소학회지
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    • 제17권4호
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    • pp.44-50
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    • 2012
  • The present study was conducted to investigate the flame instability(evaluated by Markstein length and cellular instability) and laminar burning velocity in a constant volume combustion chamber at room temperature and elevated pressure up to 0.3 MPa to suggest the possibility of utilizing mixtures of syngas added DME-air premixed flames in internal combustion engines. The experimentally measured laminar burning velocities were compared to predictions calculated the PREMIX code with Zhao reaction mechanism. Discussions were made on effects of syngas addition into DME-Air premixed flames through evaluating laminar burning velocity, Markstein length, and cellular instability. Particular concerns are focused on cellular instability caused by hydrodynamic instability and diffusive-thermal instability.

외부 레이저에 의한 평면화염에서 난류화염거동까지의 천이현상 (Transition Phenomenon from a Flat Flame to Turbulent Flame Motions by External Laser)

  • 박준성;최병철
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제36권12호
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    • pp.1209-1215
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    • 2012
  • 관내 예혼합화염에서 나타나는 평면화염부터 난류화염거동까지의 천이현상에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 천이현상의 관찰을 위해 관내에 평면화염을 형성하였고, 화염면 중심에 $CO_2$ 레이저를 조사하여 국부 화염속도를 증가시켰다. 레이저에 의해 변형된 화염은 전체 화염면적의 증가와 진동 불안정성의 거동을 보이며 전파한 후, 큰 소음과 함께 난류화염의 거동을 보이며 관 바닥으로 전파한다. 본 연구에서는 난류화염거동이 나타나기 전까지의 변형된 화염에 대한 동적 거동을 관찰하여 분석하였고, 이에 대한 물리적 모델을 제시하였다.

복사 열손실을 받는 대향류 확산화염의 불안정성 해석 (Instability Analysis of Counterflow Diffusion Flames with Radiation Heat Loss)

  • 이수룡
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제36권8호
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    • pp.857-864
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    • 2012
  • 복사열손실을 받는 확산화염의 선형 안정성 해석을 수행하여 복사강도와 Damkohler 수에 대한 화염 불안정이 나타나는 조건을 확인하였다. 대향류 유동장을 모델로 하여 Lewis 수는 1로 가정하였다. 반응속도 제한에 의한 소염근처에서 교란의 증가율은 실수의 고유값을 가지며 안정한계는 정상상태 소염조건과 정확하게 일치한다. 반면에 복사 열손실에 의한 소염 영역 근처에서 증가율의 고유값은 복소수이며 정상상태 소염 전에 맥동 불안정성이 예측된다. 진동하는 화염온도가 양의 실수 고유값을 갖는 정상상태 화염온도 보다 클 경우에만 한계 순환 안정 특성이 나타난다. 만약 그 온도보다 작게 되면 화염은 회복되지 못하고 소염된다. 넓은 복사강도 범위에 대하여 복사 열손실에 의한 불안정성의 안정한계 곡선을 도시하였다.

화염거동을 통한 이중선회 가스터빈 모델 연소기에서 연소실 길이에 따른 연소 불안정성 이해 (Combustion Instability Comprehension with Combustion Chamber Length in Dual Swirl Gas Turbine Model Combustor from Flame Behaviors)

  • 장문석;이기만
    • 한국연소학회:학술대회논문집
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    • 한국연소학회 2015년도 제51회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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    • pp.233-235
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    • 2015
  • This study is to investigate the combustion instability of the variation of combustion chamber length in dual swirl gas turbine model combustor. When equivalence ratio was fixed at 1.1, as the length of the combustion chamber increases the value of the frequency decreased in 7kW while the value of the frequency was constant in 4kW. The analysis of flame behaviors by high speed camera was conducted to identify such trend.

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가스터빈 연소기에서 화염의 위치를 고려한 열음향 해석 (Thermoacoustic Analysis Considering Flame Location in a Gas Turbine Combustor)

  • 김대식;김사량;김규태
    • 한국연소학회지
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    • 제18권1호
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    • pp.1-6
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    • 2013
  • Authors' previous works on thermoacoustic(TA) model development showed good results in predicting combustion instability characteristics in a gas turbine combustor. However, they also suggested there were some limitations in growth rate estimation, which might be related with over-simplification of flame structure. As a first trial for improving the model accuracy, the current paper introduces the modified TA model considering the actual flame location in the combustor. The combustor is divided into the unburned and the burned area before and after the flame location, and then acoustic equations are re-organized. The modified TA model results show a better accuracy in predicting the growth rate of instabilities comparing with the previous results. However, obtained results still overestimate the conditions where the combustor goes unstable. Further researches considering heat release distribution through flames are required.

화염전달함수의 위상차를 이용한 시간지연 분석 (Time Lag Analysis Using Phase of Flame Transfer Function)

  • 표영민;김지환;김대식
    • 한국분무공학회지
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    • 제21권2호
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    • pp.104-110
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    • 2016
  • Main purpose of the current paper is to show results of time lag analysis using phase information of flame transfer function in order to predict combustion instabilities in a gas turbine combustor. The flame transfer function (FTF) is modeled using a commercial Computational Fluid Dynamics (CFD) code (Fluent). Comparisons of the modeled flame shapes with the measured ones were made using the optimized heat transfer conditions and combustion models. The FTF modeling results show a quite good agreement with the measurement data in predicting the phase delay (i.e. time lag). Time lag analysis results using the phase of FTF shows better combustion instability prediction accuracy than using time lag calculated from the steady state flame length.

CFD를 이용한 희박 예혼합 연소기에서의 연소 응답 모델링 (Flame Response Modeling for Lean Premixed Combustors Using CFD)

  • 김대식;이정원
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제38권9호
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    • pp.773-779
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    • 2014
  • 가스터빈 희박 예혼합 연소기에서 발생하는 연소 불안정 현상을 모델링하기 위해서는 화염의 동 특성에 대한 정량적, 정성적 분석이 필수적이다. 이를 위하여 화염전달함수가 전산유체역학을 통하여 모델링되었다. 기존 화염전달함수의 연구 결과로부터, 화염전달함수의 결과는 화염의 구조에 크게 의존하는 것으로 알려졌다. 본 연구에서는 실제 계측된 화염의 구조와 유사한 형상을 갖도록 열전달 조건을 최적화한 후, 동일 조건에서 화염전달함수가 모델링되었다. 화염의 형상을 정확하게 예측할 수 있다면, 이로부터 전달함수의 이득값과 위상차의 모델링 결과 역시 실험값과 유사한 거동을 확인할 수 있었다.