• 한국연소학회지
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• 제20권2호
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• pp.28-35
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• 2015

In this study, the CH4/air lean-rich combustion system with exhaust gas recirculation (EGR) was investigated to explore the potential for lowering pollutant emissions. To achieve this purpose, experiments of lean-rich combustion system with EGR were conducted to measure the changes in the characteristics of the pollutant emission and flame shape with various equivalence ratios and EGR rates. Here, this study was applied to the fuel distribution ratio of 3:1 for the formation of the lean and rich flames. Additionally, the results were compared with $CH_4$/air lean premixed combustion system. The results show that flame shape of lean-rich combustion system was determined by lean and rich equivalence ratios (${\Phi}_L$ and ${\Phi}_R$) and stratified flame was formed with increasing ${\Phi}_R$. According to the pollutant emission characteristics based on experimental results, the NOx and CO emission index (EINOx and EICO) decreased with increasing EGR rate. Especially, in the range needed to form a stable flame, the reduction rates of EINOx and EICO were approximately 47% and 48% for an EGR rate of 25%, global equivalence ratio of 0.85 and ${\Phi}_L$ of 0.80 compared with lean premixed combustion system (${\Phi}$ = 0.78).

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.187-199
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• 2011

본 연구는 희박 예혼합 연소기에서 연소실과 연료-공기 혼합부의 공진모드의 관계가 연소불안정에 어떤 영향을 미치고 있는지에 대하여 실험적으로 확인한 연구이다. 다체널 동압측정을 통하여 각각 위치에서 동압의 모드와 각 센서들간의 phase를 분석하여 연소불안정의 원인을 규명할 수 있었다. 연소실의 길이와 혼합부의 길이를 음향학적 경계로 일치시켜 연소불안정 특성을 확인해 보았을 때 두가지 서로 다른 연소불안정 모드를 확인할 수 있었는데 저주파 연소불안정 특성은 화염의 열방출 섭동과 연소실의 공진모드에 기인하며, 고주파 영역대의 연소불안정 현상은 혼합부의 길이를 변경하였을 때 발생하는 또 다른 불안정 현상임을 실험적으로 확인할 수 있었다.

• 한국연소학회지
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• 제15권3호
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• pp.8-14
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• 2010

Fuel processing systems which convert fuel into rich gas (such as stream reforming, partial oxidation, autothermal reforming) need high temperature environment ($600{\sim}1,000^{\circ}$). Generally, anode-off gas or mixture of anode-off gas and LNG is used as input gas of fuel reformer. In order to make efficient and low emission burner system for fuel reformer, it is necessary to elucidate the combustion and emission characteristic of fuel reformer burner. The purpose of this study is to develop a porous premixed flat ceramic burner that can be used for 1~5 kW fuel cell reformer. Ceramic burner experiments using natural gas, hydrogen gas, anode off gas, mixture of natural gas & anode off gas were carried out respectively to investigate the flame characteristics by heating capacity and equivalence ratio. Results show that the stable flat flames can be established for natural gas, hydrogen gas, anode off gas and mixture of natural gas & anode off gas as reformer fuel in the porous ceramic burner. For all of fuels, their burning velocities become smaller as the equivalence ratio goes to the lean mixture ratio, and a lift-off occurs at lean limit. Flame length in hydrogen and anode off gas became longer with increasing the heat capacity. In particular, the blue surface flame is found to be very stable at a very lean equivalence ratio at heat capacity and different fuels. The exhausted NOx and CO measurement shows that the blue surface flame represents the lowest NOx and CO emissions since it remains very stable at a lean equivalence ratio.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제26권4호
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• pp.347-356
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• 2015

A study has been conducted numerically to investigate the lifted flat syngas flame structure of impinging jet flame configuration with the global strain rates in 10% hydrogen content. In this study, the effects of strain rate were major parameters on chemistry kinetics and flame structure at stagnation point. The numerical results were calculated by SPIN application of the CHEMKIN package. The strain rates were adjusted with Reynolds numbers of premixed syngas-air mixture. Different flame shapes were observed with different strain rates. As strain rate has increased, the flame temperature and axial velocity have been decreased due to the flame heat loss increment, and the OH radical reaction zones become narrower but each mole fractions are still constant. Also, the reversion of $H_2O$ product near stagnation point has been found out when strain rate has increased. This phenomenon is attributed to the rapid production of oxidizing radical reaction such as the R12 ($H+O_2(+M)=HO_2(+M)$), which makes the R18 ($HO_2+OH=O_2+H_2O$) reaction increment.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권9호
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• pp.829-836
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• 2013

석탄을 개질한 합성천연가스의 조성에 변화가 있을 경우 화염의 연소특성에 대하여 연구하였다. 본 연구의 목적은 동축 공기 합성천연가스 확산화염을 구현하여 연료조성에 따른 화염안정성과 화염구조, 분광특성, 온도분포를 실험적인 방법으로 연구하는 것이다. 각 화염의 분광특성을 관찰하기 위하여 분광기를 사용하였으며 연소장 내 온도측정을 위하여 K 형 열전대를 사용하였다. 연료 분사기 출구속도는 $u_F$ =5~40 m/s 사이에서 조절하였고 공기 분사기 출구속도는 $u_A$ =0~0.43 m/s 사이에서 조절하였다. 연소 동특성에 대한 실험을 통해 합성천연가스에 수소 성분이 증가하면 화염안정화 영역이 증가하고 부상화염 높이가 낮아져 화염길이가 짧아지는 것을 알 수 있었다.

• 한국추진공학회지
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• 제16권6호
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• pp.41-47
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• 2012

연소 불안정 현상을 완전하게 이해하기 위해서는 천이 과정과 한계 진폭과 같은 비선형 거동에 대한 예측이 매우 중요하다. 가스터빈 희박 예혼합 연소기에서 이러한 비선형 거동은 화염의 비선형 동특성에 크게 의존하게 된다. 본 연구에서는 기존에 선형 해석으로부터 비선형 열음향 해석으로 확장하기 위해서 화염 묘사 함수를 통한 시스템 안정성 해석 기법이 소개되었다. 이를 위하여, 주파수 뿐만 아니라 속도 진폭에 따른 열발생율의 변동 특성이 실험 결과로부터 모델링되었다. 현재 해석 조건에서 비선형 모델링 결과, 주어진 연소기 길이에서 속도 진폭이 불안정 주파수에 미치는 영향은 미비하였으나, 성장률에는 크게 영향을 미치는 것으로 나타났다. 향후 다양한 조건에서 비선형 모델의 검증과 한계 진폭의 예측 결과에 대한 실험 결과와의 비교가 요구된다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제25권1호
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• pp.47-58
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• 2014

The characteristics of flame shape, laminar burning velocity, emissions and heat flux of stagnation point in premixed impinging jet flame of syngas fuel with 10% hydrogen content were experimentally investigated. Also, the adiabatic temperature and burning velocity are calculated by Chemkin package with USC-II mechanism. The equivalence ratios(0.8~5.0) and dimensionless separation distance(2.0~5.0) with fixed Reynolds number(1800) are main parameters in this work. Different flame shapes and colors were observed for different impingement conditions. The experimental results of burning velocity by flame surface area have a consistent with previous works and numerical simulation of this work. The inner flame length could be predicted with the ratio of mixture velocity and burning velocity from a simple formulation by the laminar burning velocity definition. It has been observed that the heat fluxes at stagnation point are directly affected by the flame shape including the separation distance. The emission results in impinging flame of syngas fuel show that the characteristics of $NO_x$ emission traced well with adiabatic temperature trend and CO emission due to fuel rich condition increased continuously with respect to the equivalence ratio.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회B
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• pp.2181-2185
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• 2008

Fuel processing systems which convert HC fuel into $H_2$ rich gas (such as stream reforming, partial oxidation, auto-thermal reforming) need high temperature environment($600-1000^{\circ}C$). Generally, anode-off gas or mixture of anode-off gas and LNG is used as input gas of fuel reformer. In order to make efficient and low emission burner system for fuel reformer, it is necessary to elucidate the combustion and emission characteristic of fuel reformer burner. The purpose of this study is to develop a porous premixed flat ceramic burner that can be used for 1-5kW fuel cell reformer. Ceramic burner experiments using natural gas, hydrogen gas, anode off gas were carried out respectively to investigate the flame characteristics by heating capacity and equivalence ratio. Results show that the stable flat flames can be established for natural gas, hydrogen gas, anode off gas and mixture of natural & anode off gas as reformer fuel. For all of fuels, their burning velocities become smaller as the equivalence ratio goes to the lean mixture ratio, and a lift-off occurs at lean limit. Flame length in hydrogen and anode off gas became longer with increasing the heat capacity.

• 한국추진공학회지
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• 제16권4호
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• pp.57-69
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• 2012

본 연구는 희박 예혼합 연소기에서 연소실과 연료-공기 혼합부의 공진모드의 관계가 연소불안정에 어떤 영향을 미치고 있는지에 대하여 실험적으로 확인한 연구이다. 다체널 동압측정을 통하여 각각 위치에서 동압의 모드와 각 센서들간의 phase를 분석하여 연소불안정의 원인을 규명할 수 있었다. 연소실의 길이(800~1800)와 혼합부의 길이(470, 550, 870 mm)를 음향학적 경계로 일치시켜 연소불안정 특성을 확인해 보았을 때 두가지 서로 다른 연소불안정 모드를 확인할 수 있었는데 저주파 연소불안정 특성은 화염의 열방출 섭동과 연소실의 공진모드에 기인하며, 고주파 영역대의 연소불안정 현상은 혼합부의 길이를 변경하였을 때 발생하는 또 다른 불안정 현상임을 실험적으로 확인할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권5호
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• pp.572-579
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• 2009

본 연구에서는 분진폭발에 있어서 기초적 현상을 규명하고 분진의 화염구조와 메커니즘에 대하여 실험적으로 조사하였다. 실험장치는 길이 1.8 m, 단면이 0.15 m의 정방형인 수직연소관을 사용하였으며, 덕트 내를 전파하는 상방 분진층류화염과 화염면에 대하여 고속카메라를 사용하여 가시화하였다. 또한 슐리렌, 이온프로브, 열전대 등을 사용하여 예열대 및 반응대의 두께를 측정하였다. 석송자 분진화염의 예열대 두께는 4~13 mm로 탄화수소가스의 예혼합기 화염보다도 수배 크다. 입자화상유속법(PIV)에 의한 해석 결과, 예열대에서의 미연소 입자의 체류 시간은 입자의 열분해가스 생성에 필요하며, 체류시간은 화염전파속도, 입자속도 및 예열대 두께에 의존하는 것을 알았다.