마이크로 가스터빈용 하이브리드/이중 선회제트 연소기의 비반응 유동 및 혼합특성에 관한 수치해석 연구가 수행되었다. 고정된 열부하에서 pilot 버너의 위치, 선회 각 및 방향이 주요 변수로 검토되었다. 결과로서, pilot 버너의 위치, 선회 각 및 방향의 변화는 버너 출구 근처의 난류 유동장, 특히 중앙 재순환영역 및 난류강도의 큰 변화를 초래하며, 화염안정성 및 배기성능의 큰 변화를 동반하게 된다. 실험결과와의 비교를 통해, 하이브리드/이중 선회제트 연소기의 개발을 위하여 화염안정성 및 배기의 측면에서 pilot 버너의 최적 위치, 선회각$45^{\circ}$ 그리고 정방향 선회유동 조건들이 선택되었다.
프리스월 노즐과 리시버 홀의 상대적 위치가 반경방향 분사방식 프리스월 시스템의 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구에서는 5개의 프리스월 노즐 위치와 4개의 리시버 홀 위치 조합을 통해 20개의 설계점에 대한 분석을 진행하여 유량계수와 온도 강하 효율 변화 경향성을 연구하였다. 시스템 유량계수는 프리스월 노즐의 압력비와 비슷한 경향을 보였다. 캐비티 내부의 유동이 벽면의 영향을 크게 받을수록 시스템 성능 변화가 발생하였으며 회전면보다 정지면의 영향력이 더 큰 것을 확인하였다. 형상변수 변화에 따라 기준 설계점 대비 유량계수는 -1.39%~1.25%, 온도강하효율은 -5.41%~2.94% 변화하였다.
High-pressure swirl injectors have usually been employed in Gasoline direct injection engines due to their spray characteristics and the feasibility of their control. Thus the microscopic characteristics of high-pressure swirl spray were investigated by PDA. The correlation between axial and radial velocities and the correlation between droplet size and axial velocity were examined with different axial and radial positions. Two dimensional droplet velocity and its number distribution with size-classified droplets were illustrated. The mean droplet velocity and its SMD were also analyzed at the center of spray, the position having maximum mean axial velocity, and the spray periphery using time dividing method. Finally, the structure of high-pressure swirl spray was presented with the size distribution and velocity profile of droplets.
High spatial and temporal surface pressure measurements were carried out in the state-of-the-art tornado simulator, the Wind Engineering, Energy and Environment (WindEEE) Dome, to explore the characteristics of stationary and translating tornado-like vortices (TLV) for a wide range of swirl ratios (S=0.21 to 1.03). The translational speed of the TLV and the surface roughness were varied to examine their effects on tornado ground pressures, wandering, and vortex structure. It was found that wandering is more pronounced at low swirl ratios and has a substantial effect on the peak pressure magnitude for stationary TLV (error percentage ≤ 35%). A new method for removing wandering was proposed which is applicable for a wide range of swirl ratios. For translating TLV, the near-surface part lagged behind the top of the vortex, resulting in a tilt of the tornado vertical axis at higher translating speeds. Also, a veering motion of the tornado base towards the left of the direction of the translation was observed. Wandering was less pronounced for higher translation speeds. Increasing the surface roughness caused an analogous effect as lowering the swirl ratio.
Flame structure of co-firing coal and palm kernel shell (PKS) was investigated in a pulverized coal swirl burner by particle image velocimetry (PIV). The pulverized coal swirl flame is operated with a PKS blending ratio of 10%, 20%, and 30%. For all operating conditions, flame structures such as internal recirculation zone (IRZ), outer recirculation zone (ORZ), and exhaust tube vortex (ETV) were observed. In the center of flame, the strong velocity gradient is occurred at the stagnation point where the volatile gas combustion actively takes place and the acceleration is increased with higher PKS blending ratio. OH radical shows the burned gas region at the stagnation point and shear layer between IRZ and ORZ. In addition, OH radical intensity increases for a co-firing condition because of high volatile matter from PKS. Because the volatile gas combustion takes place at lower temperature, co-firing condition (more than 20%) leads to oxygen deficiency and reduces the combustibility of coal particle near the burner. Therefore, increasing PKS blending ratio leads to higher OH radical intensity and lower temperature.
이중선회 연소기에서 다양한 화염거동과 파일럿 화염과 주 화염의 상호작용에 관한 연구가 수행되었다. 주 선회각이 $45^{\circ}$로 고정된 상태에서 파일럿 선회각도, 총 열 발생률 그리고 주 화염의 당량비가 주요 변수로 검토되었다. 주요한 결과로써, 이중선회 연소기의 상세한 화염안정화 영역이 총 발열량과 주화염의 당량비 변화를 통해 발생되는 5가지 화염모드를 통해 확인되었다. 파일럿 화염의 선회각도는 파일럿 화염의 위치 및 연소기 전체의 유동구조에 가장 큰 영향을 미치게 되며, 그 결과 내부 및 외부 화염간의 상호작용의 큰 변화를 가져온다.
The effect of the intake flow on the spray structure of a high pressure 11-hole fuel injector were examined in a single cylinder optical direct injection spark ignition (DISI) engine. The effects of injection timing and in-cylinder charge motion were investigated using the 2-dimensional Mie scattering technique. It was confirmed that in the homogeneous charge mode, the in-cylinder swirl charge motion played a major role in the fuel spray distribution during the induction stroke rather than the tumble flow. But, in the stratified charge mode, the effect of the in-cylinder charge was not so large that the injected spray pattern was nearly maintained and the increase of in-cylinder pressure by the upward moving piston reduced the fuel spray penetration.
The purpose of this study is to investigate the flame structure and combustion characteristics in the model gas turbine combustor changing equivalence ratio. For this purpose, temperature and ion current were measured and these data were analyzed by the PDF and power spectra technique. We found that the flame length is longer while increasing the equivalence ratio in experimental condition, and especially ${\psi}=0.19$, combustion reaction was active by the stable swirl flow. and these flames were governed by the random three dimensional eddy.
Solid oxide fuel cells(SOFCs) can convert the chemical energy of fuel into electricity directly. With the rising fuel prices and stricter emission requirement, SOFCs have been widely recognized as a promising technology in the near future. In this study, lean premixed flame using the orifice swirl burner was analyzed numerically and experimentally. We used the program CHEMKIN and the GRI 3.0 chemical reaction mechanism for the calculation of burning velocity and adiabatic flame temperature to investigate the effects of equivalence ratio on the adiabatic flame temperature and burning velocity respectively. Burning velocity of hydrogen was calculated by CHEMKIN simulation was 325cm/s, which was faster than that of methane having 42 cm/s at the same equivalence ratio. Also Ansys Fluent was used so as to analysis the performance with alteration of swirl structure and orifice mixer structure. This experimental study focused on stability and emission characteristics and the influence of swirl and orifice mixer in Solid Oxide Fuel Cell Systme burner. The results show that the stable blue flame with different equivalence ratio. NOx was measured below 20 ppm from equivalence ratios 0.72 to 0.84 and CO which is a very important emission index in combustor was observed below 160 ppm under the same equivalence region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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