• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 제26회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
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• pp.209-214
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• 2003

The Saffman-Taylor instability mechanisms in laminar premixed flames in a Hele-Shaw cell are investigated using two-dimensional numerical simulations with Poiseuille assumption for the viscous effect. The baseline calculations considering the Darrieus-Landau and diffusive-thermal instability modes show the results consistent with the classical linear instability theory. With the Saffrnan-Taylor instability mechanism. the overall effect is to enhance the destabilizing mechanism by providing an increased viscous force in the product gas. The linear instability behavior is found to qualitatively similar to the Darrieus-Landau mechanism. However, the results in the nonlinear range demonstrate that there may exist distinct characteristic time scales associated with Darrieus-Landau and Saffman-Taylor mechanisms, such that the latter effect sustains longer in time, contributing to a higher overall flame speed.

• 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.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제7권2호
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• pp.26-32
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• 2006

This paper targets a direct and quantitative prediction of characteristics of unstable waves in a combustion chamber, which employs the governing equations derived in terms of amplification factors of flow variables. A freshly formulated nonlinear acoustic equation is obtained and the analysis of unsteady waves in a rocket engine is attempted. In the present formalism, perturbation method decomposes the variables into time-averaged part that can be obtained easily and accurately and time-varying part which is assumed to be harmonic. Excluding the use of conventional spatially sinusoidal eigenfunctions, a direct numerical solution of wave equation replaces the initial spatial distribution of standing waves and forms the nonlinear space-averaged terms. Amplification factor is also calculated independently by the time rate of changes of fluctuating variables, and is no longer an explicit function for compulsory representation. Employing only the numerical computation, major assumptions inevitably inherent, and in erroneous manner, in up to date analytical methods could be avoided. With two definitions of amplification factor, 1-D stable wave and 3-D unstable wave are examined, and clearly demonstrated the potentiality of a suggested theoretical-numerical method of combustion instability.

• 한국추진공학회지
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• 제15권6호
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• pp.98-106
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• 2011

본 논문에서는 많은 가스터빈 산업체 및 연구기관에서 연소불안정 현상과 관련된 변수들을 예측하기 위해 가장 보편적으로 이루어지고 있는 열음향 해석 모델에 대한 기술 소개 및 최근의 연구 동향을 분석하였다. 선형 시스템 해석을 통하여 연소 불안정이 발생하는 고유 주파수 및 불안정 초기 성장률의 예측이 가능하다. 이를 위하여 정의된 시스템에서의 음향파와 열발생율 섭동간의 선형 관계식을 선형 음향 이론으로부터 유도할 수 있고, 이 관계식의 해를 구하기 위해서 가장 중요한 부분은 화염 전달 함수로부터 n-${\tau}$ 함수를 구하여 열발생율 섭동 결과에 대한 정보를 얻는 것이다. 현재까지의 연구 결과로부터 선형 특성 해석에는 상당한 진보가 이루어져 왔고, 실제 가스터빈 연소기에 적용하는 노력이 있었으나, 한계 진폭과 과도기 현상 예측을 위해서 요구되는 비선형 동적 특성 모델링 기술 개발은 현재 간단한 연소기와 버너의 적용에 머물러 있는 실정이다. 실제 복잡한 가스터빈과 같은 연소 시스템에 적용되기 위해서는 비선형 경계 조건을 고려한 시스템 동적 특성 연구와 화염의 비선형 거동을 더욱 정확히 설명할 수 있는 전달 함수에 대한 예측 기술이 선행되어야 한다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1997년도 제8회 학술강연회논문집
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• pp.247-256
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• 1997

A nonlinear mathematical model of longitudinal combustion instability appropriate for ramjets and augmentors was developed based on modal analysis. The model was limited to a two-mode formulation. The associated differential equations were solved both analytically and numerically and used to perform parametric studies.

• 한국추진공학회지
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• 제20권3호
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• pp.78-86
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• 2016

본 논문은 가스터빈시스템에서 외부 유량의 섭동과 이에 따른 열발생의 섭동 사이의 관계를 표현하는 새로운 형태의 화염전달함수(flame transfer function))를 제안한다. 연소의 불안정성을 예측하기 위하여 그 동안 널리 이용되어 왔던 $n-{\tau}$ 모델과 본 논문에서 제안하는 모델과의 가장 큰 차이점은 주파수 변화에 따른 위상의 비선형적인 관계를 표현 할 수 있다는 점에 있다. 기존의 $n-{\tau}$ 모델의 경우 위상은 항상 주파수의 선형함수로 주어지는데 이는 실제 연소시스템의 실험에서 자주 관측되는 결과와 일치하지 않았다. 실험 결과를 바탕으로 새로운 화염전달함수 모델을 구성하였고 연소불안정성의 측면에서 위상의 비선형성이 미치는 영향에 관하여 분석하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제24회 춘계학술대회논문집
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• pp.281-287
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• 2005

연소불안정에서 흔히 수반되는 충격파와 한계사이클 같은 비선형적 거동을 수치해석을 통해 고찰하였다. 공진관에 가해진 초기 압력교란이 충격파로 천이되는 과정을 해석함으로서 비선형 음향특성에 대한 이해를 돕는 동시에 수치해석기법의 정확성을 검증하였다. ${\eta}-{\tau}$ 연소응답모델을 이용한 SSME의 해석결과는 선형불안정 영역에서 한계사이클의 특성은 연소파라미터와 작동조건에 의존할 뿐 초기 교란의 특성과는 무관함을 밝혔다. 또한 1.5 MW급 가스발생기의 개발 과정에서 겪은 연소불안정 문제에 적용하여 예측된 안정성 경향을 연소시험 결과와 비교함으로서, 향후 수치해석을 통한 연소불안정 예측기법에 대해 가능성을 확인하는 동시에 향후 연구방향을 모색하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년도 제30회 춘계학술대회논문집
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• pp.36-39
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• 2008

연소 불안정 현상은 액체로켓엔진 개발과정에 있어서 반드시 해결해야 하는 문제이다. 이것을 억제하기 위한 도구 중의 하나인 음향공의 오리피스 길이 변화에 의한 감쇠 효과를 선형 음향 해석과 실험을 통하여 연구하였다. 오리피스의 길이가 짧아질수록 감쇠효과가 증가하는 것을 확인하였으며 실험과 선형 음향 해석 결과가 서로 동일한 경향을 보이는 것을 확인 하였다. 또한, 가진 음원의 크기에 따른 실험을 수행하였는데 그 결과 오리피스 길이와 단면적이 작아질수록 가진 음원의 크기 증가의 따른 비선형성이 증가하는 것을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.68-77
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• 2017

고주파 연소불안정은 비정상 화염의 열방출율 섭동과 연소실 내부에서 공진되는 음향파의 상호 결합으로 발생하는 열음향 문제로, 다양한 해석적 접근방법이 존재한다. 본 논문에서는 주파수 영역에서 선형음향 가정과 시간지연 이론을 이용한 3차원 FEM Helmholtz solver의 개발 사례를 소개하였으며, 가변길이 희박 예혼합 연소기의 자발 연소불안정 예측과 수동제어기구(배플, 음향공진기)의 설계분석 결과를 제시하였다. 또한 시간 영역에서 시간지연 이론을 이용한 압축성 유동 해석코드를 통해, 고진폭 압력섭동에 의해 야기되는 비선형 음향 특성과 한계사이클 현상을 분석하였다.

• 한국연소학회지
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• 제14권4호
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• pp.48-53
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• 2009

This paper describes the forced flame response in a turbulent premixed gas turbine combustor. The fuel was premixed with the air upstream of a choked inlet to avoid equivalence ratio fluctuations. To impose the inlet flow velocity, a siren type modulation device was developed using an AC motor, rotating and static plates. Measurements were made of the velocity fluctuation in the nozzle using hot wire anemometry and of the heat release fluctuation in the combustor using chemiluminescence emission. The test results showed that flame length as well as geometry was strongly dependent upon modulation frequency in addition to operating conditions such as inlet velocity. Convection delay time between the velocity perturbation and heat release fluctuations was calculated using phase information of the transfer function, which agreed well with the results of flame length measurements. Also, basic characteristics of the flame nonlinear response shown in the current test conditions were introduced.