• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제18권5호
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• pp.857-864
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• 2004

The change in the NO emission indices (EINO) in a two-dimensional plane has been investigated, which is due to the interaction between a vortex and methane-air flames established at different equivalence ratios, by solving the field equation. After solving the field equation, the spatial distribution of G-values is obtained. The NO emission index is calculated after applying the appropriate relation between the G-values and the NO production rate or the mass fraction of methane obtained from the library of freely propagating flames created from detailed simulations. When a vortex exists in a reacting flow field, in general EINO slightly increases, whereas ElNO is lowered in the vicinity of the vortex regardless of flow direction. A change in vortex size has negligible impact on EINO$\_$T/ but increasing the vortex strength slightly increases EINO$\_$T/ in the domain of this study.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2004년도 제23회 추계학술대회 논문집
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• pp.137-140
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• 2004

주기적인 와류화염과 열방출 진동의 연관성에 대한 실험적인 연구가 수행되었다. 난류제트화염은 덤프 연소기에서 재순환 되는 뜨거운 생성물에 의해서 안정화되며, 큰 스케일의 주기적 와류가 음파에 의해서 제트화염에 부가되었다. 실제적인 연소기에서의 불안정 현상을 모사하기 위해 가진주파수와 실험변수들을 조절하였다. 본 연구의 목적은 원치 않는 열방출의 진동을 유도시키는 와류-열방출의 연관성을 분석하여, 연소불안정의 능동제어를 위해 사용될 수 있는 알맞은 연료분사 패턴을 조사하는 것이다. 주기적인 패턴을 측정할 수 있는 슐리렌 기법과 CH* chemiluminescence 기법이 사용되었으며, 실험결과는 와류 생성 사이클의 위상에 따라서 서로 비교되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제27권9호
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• pp.1262-1272
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• 2003

A two-dimensional direct numerical simulation is performed to investigate the dynamic behaviors of a single vortex in counter reacting and non-reacting flow field. A predictor-corrector-type numerical scheme with a low Mach number approximation is used in this simulation. A 16-step augmented reduced mechanism is adopted to treat the chemical reaction. The budget of the vorticity transport equation is examined to reveal a mechanism leading to the formation, destruction and transport of a single vortex according to the direction of vortex generation in reacting and non-reacting flows. The results show that air-side vortex has more larger strength than that of fuel-side vortex in both non-reacting and reacting flows. In reacting flow, the vortex is more dissipated than that in non-reacting flow as the vortex approach the flame. The total circulation in reacting flow, however, is larger than that in non-reacting flow because the convection transport of vorticity becomes much large by the increased velocity near the flame region. It is also found that the stretching and the convection terms mainly generate vorticity in non-reacting and reacting flows. The baroclinic torque term generates vorticity, while the viscous and the volumetric expansion terms attenuate vorticity in reacting flow. Furthermore, the contribution of volumetric expansion term on total circulation for air-side vortex is much larger than that of fuel-side vortex. It is also estimated that the difference of total circulation near stagnation plane according to the direction of vortex generation mainly attributes to the convection term.

• 한국항공우주학회지
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• 제34권7호
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• pp.79-88
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• 2006

본 논문에서는 대와동모사를 이용하여 모형 가스터빈 연소기에서 난류 예혼합연소의 선회 유동구조와 화염특성이 검토되었다. 비정상 화염 거동을 모사하기 위하여 G-방정식 화염편 모델이 적용되었다. 결과로서, 입구 선회수 증가에 따른 코너 및 중앙 재순환 유동이 뚜렷한 차이를 보이며, 화염의 길이도 점차 감소됨을 확인 할 수 있었다. 또한 강선회 조건에서 역화현상의 원인이 확인되었다. 정확한 비정상 화염거동의 모사를 위하여, 연소실 내 음향파 거동의 예측성능이 우선적으로 검토되었으며, 스텝 모서리 근처에서 생성된 와동이 화염면 변동에 가장 큰 영향을 주고 있음을 알 수 있었다. 마지막으로 비정상 화염-와동 상호작용에 대한 해석을 통해 선회와 음향파의 전개로부터 생성된 와동의 진동이 화염면 및 열발생의 변동과 밀접하게 관련되어짐을 체계적으로 규명하였다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2002년도 춘계 학술대회논문집
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• pp.35-40
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• 2002

The dynamic behaviors of the single vortex in a reacting and non-reacting methane-air jet flow were investigated numerically. The numerical method was based on a predictor-corrector for low Mach number flow A two-step global reaction mechanism was adopted as a combustion model. After fuel and air were developed entirely in computational domain, the single vortex was generated by an axisymmetric jet that was impulsed to emit a cold fuel. Through comparisons of single vortex in reacting and non-reacting jet flow, it was found that global dynamic behaviors and the mechanisms leading to the formation, transport processes of vortex ring were influenced significantly by heat release from reaction. In addition, the interaction between a single vortex and flame bulge generated by buoyance effect in a reacting jet flow was found.

• 한국가시화정보학회지
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• 제3권2호
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• pp.51-56
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• 2005

Acoustic excitations were imposed to coaxial air jet of non-premixed jet flame with hydrogen gaseous injected axially in the center of the flow. The frequencies of excitation were three dominant resonant frequencies at 1L, 2L, 3L. modes including specially 514 Hz (2L-mode) which was estimated theoretically as longitudinal mode of combustor characteristics. The mixing enhancement by acoustic forcing has been investigated quantitatively using PLIF and PIV. The effect of acoustic excitation on combustion process was significant to enhance mixing rate that coincides with specific resonant frequencies. And the behavior of vortex-interaction on flame structure was a good evidence to investigate the phenomenon of shear/mixing layer of fuel-air jet structure. The results obtained in this study concludes that generated streamwise vortex by acoustic excitation has a potential to enhance the mixing rate and abating NOx emissions.

• 한국항공우주학회지
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• 제32권10호
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• pp.28-37
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• 2004

반응 및 비반응 유동장에서 단일와동의 전개 및 와(渦) 구조 검토를 위해 2 차원 직접 수치모사를 수행하였다. 수치기법으로는 낮은 마하수 근사법이 적용된 예측-교정자법이 적용되었으며, 연소모텔로는 2단계 총괄 반응식이 사용되었다. 반응 및 비반응 유동장에서 단일와동의 거동 비교를 통해, 와동의 전개특성 및 구조는 화학반응으로부터 생성된 열 뿐만 아니라 부력에 의해 생성된 외부 와동에 크게 영향을 받음을 확인하였다. 또한 반응장의 경우에 부피 팽창항, Baroclinic torque항 및 부력항에 의해 와동의 구조가 크게 변화될 수 있음을 알았다.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권7호
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• pp.585-592
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• 2016

하이브리드 로켓의 연소실험에서 관찰된 500 Hz 대역의 연소압력과 연소반응 변동이 안정한 연소에서 발생하는 원인과 LFI로 발전하는 과정을 분석하기 위하여 $CH^*$ 화학발광 이미지와 PMT(photomultiplier tube)에 의한 광자방출 측정으로 연소반응 변화를 가시화하였다. 안정한 연소에서는 500 Hz 대역의 연소압력과 연소반응 변동의 위상차이가 180 도 정도를 이루며 전단층 유동을 따라서 정상적인 연소가 발생하였다. 그러나 불안정 연소가 발생하면, 500 Hz 주파수의 두 변동의 위상차는 60~70 도로 양의 관계(positive coupling)를 이루며 상하 대칭의 와류 발생과 국부적 소염이 나타나는 주기적 변화를 반복한다. 또한 천이구간에서는 매우 불규칙적인 와류와 상하 대칭의 전단층 유동 형상이 번갈아 관찰되고 있다. 이것은 연소의 영향으로 와류가 발생하는 것으로 보염기 후류에서 발생한 BVK 유동불안정과 유사한 특성을 보여준다, 따라서 하이브리드 로켓 연소의 저주파수 연소불안정은 500 Hz 대역의 연소반응 변동에 의한 와류의 발생과 이로 인한 국부적인 소염이 점진적으로 발전하여 완전한 주기적 소염으로 이어졌고, 20 Hz의 연소불안정으로 발전하는 것으로 판단하였다.