• 제목/요약/키워드: Fuel-rich

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다단 하이브리드 로켓에서 AP 첨가 추진제의 연료과농 연소 (Fuel-rich Combustion with AP added Propellant in a Staged Hybrid Rocket Engine)

  • 이동언;이창진
    • 한국항공우주학회지
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    • 제44권7호
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    • pp.576-584
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    • 2016
  • 본 연구는 다단 하이브리드 로켓의 낮은 비추력 성능을 향상시키는 방법으로 AP 첨가 추진제를 제안하고 있다. 추진제에 첨가된 AP 첨가비율 변화에 따라 다단 하이브리드 로켓의 비추력 성능 변화와 연료과농 연소특성 변화를 살펴보았으며, 이때 AP 첨가비율은 하이브리드 로켓의 연소 특징을 유지하기 위해 최대 15 wt%로 제한하였다. 결과에 의하면, AP 15 wt% 추진제는 AP 0 wt% 추진제와 비교하여 비추력 성능이 약 3% 향상되었다. 또한, 동일한 연소온도를 유지함에도 불구하고, AP 첨가비율을 증가시키면 산화제 유입량, O/F비 변화량, 그리고 연소압력은 감소하며 반경반향 온도 분포가 좋아지는 등 다단 하이브리드 로켓의 성능향상에 긍정적인 효과가 나타났다. 그러나 오직 AP를 추진제에 첨가하는 것만으로 다단 하이브리드 로켓의 비추력 성능을 일반 화학로켓의 수준으로 향상시키는 것이 매우 어려운 일임을 고려할 때, 추가적으로 금속입자 첨가를 통해 비추력 성능을 향상시킬 계획이다.

액체로켓의 농후 가스발생기 최적설계 (Optimal Design of Fuel-Rich Gas Generator for Liquid Rocket Engine)

  • 권순탁;이창진
    • 한국항공우주학회지
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    • 제32권5호
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    • pp.91-96
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    • 2004
  • 액체로켓 엔진에 사용되는 가스발생기를 최적설계 하였다. 추진제는 RP-1/LOx 이고, open cycle터보펌프 시스템을 사용하였으며, 가스발생기는 농후 (fuel-rich) 연소를 적용하였다. 최적설계의 목적함수는 주연소설의 비추력의 최대화이고 설계 제한조건은 가스발생기 연소 실온도와 터빈-펌프의 출력일치이다. 가스 발생기의 설계에 사용된 설계변수는 가스발생기 유량, O/F비, 터빈 노즐 입구 각, 부분분사비, 그리고 터빈 원주속도이며 이들을 이용하여 가스발생기의 열역학적 성능을 계산하였다. 그리고 설계 제한조건을 만족하면서 목적함수를 최대화 할 수 있는 가스발생기의 크기와 성능조건을 확인하였다. 설계된 가스발생기 기본형상은 연소시험에 적용된 후 최종적으로 결정된다.

저 산화제유속 구간에서의 HDPE 및 Paraffin 연료의 연료농후가스 O/F비 특성 (Fuel Rich Gas O/F Ratio Characteristics of HDPE and Paraffin Fuel in Low Range of the Oxidizer Mass Flux)

  • 한승주;류성훈;김진곤;강태곤;문희장;김준형;고승원
    • 한국추진공학회지
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    • 제20권6호
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    • pp.54-60
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    • 2016
  • 본 연구에서는 하이브리드 추진시스템의 덕티드 로켓용 가스발생기 적용을 위하여 낮은 산화제 유속 범위에서 HDPE multi-port(7port) 그레인 및 파라핀 그레인을 이용한 연소 시험을 수행하였다. 파라핀 연료의 경우 일반적인 덕티드 로켓용 가스발생기의 O/F비 작동조건인 0.3~0.8의 범위를 충족시켜 덕티드 로켓용 가스발생기로서의 적용가능성을 확인하였다. 산화제 유속 $35kg/m^2s$ 이하의 구간에서 산화제유속에 따른 O/F비의 변화가 일어나지 않는 구간이 존재함을 확인함으로써 VFDR 가스발생기로서의 적용가능성 또한 확인할 수 있었다.

성층화된 화염을 이용한 희박 예혼합화염의 날림 특성 제어 (Control the Blow-off Characteristics of Lean Premixed Flames Utilizing a Stratified Flame Concept)

  • 이원남;안태국;남연우
    • 한국연소학회지
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    • 제17권4호
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    • pp.11-20
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    • 2012
  • The Blow-off characteristics of LPG/air lean pre-mixed flames were experimentally investigated using a double and a multiple concentric coflow burners. Experiments were conducted to understand the effects of recirculation motion, thermal interaction between flames, and stratified flame configuration. Here, the stratified premixed flame is a "new concept" of a flame that sequentially contains fuel rich, stoichiometric, and fuel lean reaction zones in a flame. The blow-off from a lean premixed flame was significantly suppressed with recirculation motion. The recirculation motion by itself, however, was not sufficient to prevent the blow-off when the equivalence ratio became low. The existence of a inner premixed flame could also help to prevent the blow-off of lean premixed flame; however, the blow-off suppression effect was rather diminished by weakened recirculation motion with the presence of inner flame. The inner flame could be separated from an outer flame on a multiple concentric coflow burner, causing recirculation motion as well as thermal interaction between flames to become effective; therefore, the blow-off was further suppressed. The lean premixed flame could be stabilized with a fuel rich premixed flames that was produced with the supply of fuel through an inner nozzle. The penetration of lean premixed gas from outside into the fuel stream produced a lifted rich premixed flame. Chemiluminescence images of OH, CH, and $C_2$ radicals confirmed the structure of a stratified premixed flame. The stable premixed flames could be obtained at the very fuel lean condition by applying the stratified premixed flame concept.

연료 과농 가스발생기의 분사기 손상에 관한 연구 (Study of Injector Damage on Fuel-rich Gas Generator)

  • 문일윤;이광진;임병직;서성현;한영민;최환석
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2006년도 제26회 춘계학술대회논문집
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    • pp.197-201
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    • 2006
  • 액체산소와 케로신을 사용하여 연료 과농 조건에서 작동하는 30 ton급 로켓엔진용 가스발생기를 개발하는 과정에서 사용된 동축 와류형 분사기의 산화제 post에 발생한 열손상에 대한 연구가 진행되었다. 분사기의 열손상을 방지하기 위해 분사기는 내부 혼합 방식을 유지하면서 recess를 증가시키고 재순환영역을 최소화하여 재순환영역에서의 화염형성을 억제하는 방향으로 재설계 되었다. 축소형 규모의 연소시험에서 이러한 재설계를 통해 연료 과농 가스발생기용 동축 와류형 분사기의 산화제 post 열손상을 방지할 수 있음을 확인할 수 있었다.

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모사 SNG 연료를 적용한 모델 가스터빈 연소기의 연소 불안정성에 관한 실험적 연구 (An Experimental Study on Combustion Instability in Model Gas Turbine Combustor using Simulated SNG Fuel)

  • 최인찬;이기만
    • 한국연소학회지
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    • 제20권1호
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    • pp.32-42
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    • 2015
  • The combustion instability was experimentally investigated in model gas turbine combustor with dual swirl burner. When such instability occurs, a strong coupling between pressure oscillation and unsteady heat release excites a self-sustained acoustic wave which results in a loud sound, and can even cause fatal damage to the combustor and entire system. In present study, to understand the combustion instability with a premixed mixture, the detailed periods of pressure and heat release data in unstable flame mode were investigated by various measurement methods at relatively rich condition and lean condition near flammable limits. Also, to prepare the utilization of synthetic natural gas (SNG) fuel in gas turbine system, an investigation was conducted using a simulated SNG including methane as a reference fuel to examine the effects of $H_2$ content on flame stability. These results provide that the instability due to flash-back behaviour like CIVB phenomenon occurred at rich condition, while the repetition of relighting and extinction caused the oscillation of lean condition near flammable limit. From the analysis of $H_2$ content effects, it is also confirmed that the instability frequency is proportional to the laminar burning velocity at both rich and lean condition.

다단연소를 이용한 저 NOx 버너의 연소특성에 관한 연구 (An Experimental Study on the Combustion Characteristics in Low Emission Multi-Staged Oil Burner)

  • 안국영;김한석;조은성
    • 연구논문집
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    • 통권27호
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    • pp.101-108
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    • 1997
  • The characteristics of combustion and emissions in multi-staged oil burner have been experimentally studied for the various range of equivalence ratios, drop sizes and fuel formulations. Malvern system was used to measure droplet size of fuel. Light fuel oil and light fuel oil doped with pyridine($C_5H _5N$) were used to investigate the effects on fuel NOx emission. The emissions of NO and CO in exhaust gas and the flame temperatures were measured by the gas analyzer and thennocouples. NOx emissions were increased by increasing the excess air ratio (range:$lambda=1.1-1.4$) or decreasing the SMD of droplet in single-staged burner. In comparison with the single-staged burner, the emission of NOx in multi-staged burner was reduced by 50% but CO emission was slightly increased. It is found that multi-staged burner has a good capability in reducing thermal NOx resulting from the distributed heat release rate and lower flame temperature in fuel-rich and fuel-lean combustion zone. Moreover, the fuel NOx emission of the multi-staged burner is lower than that of single-staged burner, because multi-staged burner has fuel rich zone where fuel N is converted to $N_2$ more than NO. In 3-staged burner, the percentage of each stage combustion air have strong influence on emission characteristics. It is also found that NOx emission can be reduced by decreasing inner and outer air percentage or increasing middle air flow rate and CO emission is vice versa.

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케로신 연료과잉 예연소기의 연소가스 물성치 예측 (Prediction of Burnt Gas Properties for Kerosene Fuel-rich Preburner)

  • 손민;서민교;구자예
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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    • pp.123-126
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    • 2011
  • 케로신을 연료로 사용하는 연료 과잉 예연소기는 비평형 연소반응을 하며, 화학평형 해석으로는 정확한 연소가스 물성치 예측이 쉽지 않다. 본 연구에서는 연소 가스 물성치 예측을 위해, 예혼합 대향류 화염 해석을 수행하였다. 케로신 연료의 대표 물성치로 JP10을 선정하였으며, UC San Diego 반응 메커니즘을 사용하여 초임계 조건에서 비평형 연소해석을 수행하였다. 안정적인 화염 확보를 위해 예혼합 추진제의 대향류 화염을 가정하였으며, Huzel의 실험 결과에 비해 온도가 높게 예측 되었다. 이에 따라 비열, 비열비, 분자량 결과에서 차이를 보였으나 화학평형 결과에 비해 실험값과 더 유사한 경향을 보였다.

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CORROSION BEHAVIOR OF NI-BASE ALLOYS IN SUPERCRITICAL WATER

  • Zhang, Qiang;Tang, Rui;Li, Cong;Luo, Xin;Long, Chongsheng;Yin, Kaiju
    • Nuclear Engineering and Technology
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    • 제41권1호
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    • pp.107-112
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    • 2009
  • Corrosion of nickel-base alloys (Hastelloy C-276, Inconel 625, and Inconel X-750) in $500^{\circ}C$, 25MPa supercritical water (with 10 wppb oxygen) was investigated to evaluate the suitability of these alloys for use in supercritical water reactors. Oxide scales formed on the samples were characterized by gravimetry, scanning electron microscopy/energy dispersive spectroscopy, X-ray diffraction, and X-ray photoelectron spectroscopy. The results indicate that, during the 1000h exposure, a dense spinel oxide layer, mainly consisting of a fine Cr-rich inner layer ($NiCr_{2}O_{4}$) underneath a coarse Fe-rich outer layer ($NiFe_{2}O_{4}$), developed on each alloy. Besides general corrosion, nodular corrosion occurred on alloy 625 possibly resulting from local attack of ${\gamma}$" clusters in the matrix. The mass gains for all alloys were small, while alloy X -750 exhibited the highest oxidation rate, probably due to the absence of Mo.

산화제 과잉 예연소기 인젝터의 분무 특성에 관한 연구 (An Experimental Study of the Spray Characteristics for an Oxidizer-rich Preburner Injector)

  • 소윤석;양준호;한영민;최성만
    • 한국분무공학회지
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    • 제12권1호
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    • pp.58-64
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    • 2007
  • The spray characteristics of the oxidizer-rich preburner are investigated. This system is generally operated at an oxidizerfuel mixture ratio of 50. The spray quality and mixing performance are very important for safe combustion. To know the spray characteristics of the oxidizer-rich preburner, we have designed various swirl injectors and measured droplet velocity and size by the PDPA system. The flow discharge coefficient of the fuel orifice is $0.12{\sim}0.21$, oxidizer orifice discharge coefficient is $0.16{\sim}0.28$. From the spray visualization, fuel nozzle spray angle is $15^{\circ}{\sim}25^{\circ}$, oxidizer nozzle spray angle is $65^{\circ}{\sim}85^{\circ}$ and combined spray angle is reduced $2^{\circ}{\sim}5^{\circ}$ compared to the oxidizer nozzle only case. From the PDPA measurement, droplet SMD is $175\;{\mu}m$ at 50 mm and $190\;{\mu}m$ at 100 mm of variant 1 combined case. The number concentration measurement revealed the reason of the droplet diameter increasement with distance. That is due to drop coalescence results from collision of drops which is occurred in dense sprays at a long distance from nozzle orifice exit.

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