• 제목/요약/키워드: Thermoacoustic

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연소 불안정 예측을 위한 열음향 해석 모델 - Part 1 : 선형 안정성 해석 (Thermoacoustic Analysis Model for Combustion Instability Prediction - Part 1 : Linear Instability Analysis)

  • 김대식;김규태
    • 한국추진공학회지
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    • 제16권6호
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    • pp.32-40
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    • 2012
  • 가스터빈 희박 예혼합 연소기에서 발생하는 연소 불안정의 고유 주파수 및 초기 성장률의 예측을 위하여 선형 열음향 해석 모델이 소개되었다. 모델 검증을 위하여 입출구 조건이 잘 정의되고, 상대적으로 이전 연구 결과에서 적용된 연소기에 비하여 구조가 간단한 모델 연소기가 선정되었다. 정의된 연소기에서 음향 해석을 위한 선형 관계식이 유도되었고, 이를 통하여 선형 안정성 해석 방안이 제시되었다. 해석 결과 연소 불안정의 특성에 대한 전체적인 변화 경향은 성공적으로 예측하였으나, 주파수의 절대값에 있어서는 실제 실험 결과보다 다소 작은 값을 예측하는 것으로 나타났다. 이러한 주파수의 예측 오차는 짧은 화염보다는 긴 화염에서 더욱 두드러지는 것으로 나타났다.

정재파 열음향 냉각기의 스택 온도구배에 대한 연구 (A Study on the Stack Temperature Profile of a Standing Wave Thermoacoustic Cooler)

  • 백인수
    • 한국음향학회지
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    • 제28권1호
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    • pp.19-24
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    • 2009
  • 정재파 열음향 냉각기의 스텍에서의 온도 구배와 냉각기 효율의 관계에 대한 연구를 수행하였다. 스택에서의 로트식 (Rott Equation) 을 이용하여, 스택을 통과하는 엔탈피 플럭스의 크기가 크게 되면, 스택에서의 온도구배가 비선형의 특성을 나타내는 것을 밝혀내었다. 또한 이런 비선형의 스택 온도구배가 열음향 냉각기의 냉각 효율을 저하시키는 것을 확인하였다. 1/4 파장의 정재파 열음향 냉각기를 이용한 시뮬레이션을 통해, 특정길이의 스택에 대해 냉각 용량이 커질수록, 또한 특정냉각 용량에 대해, 스택의 길이가 길어질수록 비선형의 스택 온도구배가 크게 일어남을 알아낼 수 있었다.

열음향 냉동기의 설계 및 개발 : I. 내부공간의 음향해석 및 에너지 변환 예측 (Design and Development of Thermoacoustic Rdfrierator : I. Acoustic Analysis of Resonator and Prediction of Energy Conversion)

  • 박철민;이정권
    • 한국음향학회지
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    • 제15권5호
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    • pp.44-52
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    • 1996
  • 열음향 냉동기의 설계시 요구되는 냉동기의 내부음장 특성을 예측하기 위해, 냉동기를 이루는 공명기 구조 및 선형화된 스피커의 모델에 대행 전달행렬기법을 이용하여 해석을 수행하였다. 여러 가지 기본 음향요소들의 전달행렬을 이용하여 공명기를 음향학적 요소들로 분해하고, 스피커의 선형화된 동특성 방정식과 함께 해석함으로써 음향요소들이 직렬로 배열되어 있는 공명기에 대한 음향특성을 얻어 내었다. 또한, 열음향 냉동기의 개발에 있어서 중요한 목표중 하나인 모세관 스택에서의 온도차이를 에너지 방정식을 이용하여 수치적으로 예측하였다. 한 개의 모세관 기공내에서의 음향일의 흐름, 열음향 흐름, 단위 길이당 에너지 손실 등을 단면변화함수를 이용해 표시한 후, 전체 스택에서의 에너지 흐름과 열평형을 고려하였다. 전체 스택에서의 에너지 흐름에 관한 식에 대하여, 내부음장 예측에 의해 구한 물리량을 이용하여, 수치적인 반복계산을 수행함으로써 온도비 및 성적계수를 예측할 수 있었다. 실제 설계된 공명기의 음향 특성의 해석결과가 실험과 잘 일치함을 관찰한 후, Hofler의 열음향냉동기에 대한 열음향 해석을 수행하여 실험결과와 잘 부합됨을 확인할 수 있었다.

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가스터빈 연소기에서 화염의 위치를 고려한 열음향 해석 (Thermoacoustic Analysis Considering Flame Location in a Gas Turbine Combustor)

  • 김대식;김사량;김규태
    • 한국연소학회지
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    • 제18권1호
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    • pp.1-6
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    • 2013
  • Authors' previous works on thermoacoustic(TA) model development showed good results in predicting combustion instability characteristics in a gas turbine combustor. However, they also suggested there were some limitations in growth rate estimation, which might be related with over-simplification of flame structure. As a first trial for improving the model accuracy, the current paper introduces the modified TA model considering the actual flame location in the combustor. The combustor is divided into the unburned and the burned area before and after the flame location, and then acoustic equations are re-organized. The modified TA model results show a better accuracy in predicting the growth rate of instabilities comparing with the previous results. However, obtained results still overestimate the conditions where the combustor goes unstable. Further researches considering heat release distribution through flames are required.

개방관형과 밀폐관형 열음향 냉동기의 1차 하모닉에 관한 특성 연구 (An Experimental Study on the 1st Harmonic Characteristic for open-tube-type and close-tube-type Thermoacoustic Refrigerators)

  • 송규조;박종호;고득용;박성제;김효봉;정철진
    • 한국초전도저온공학회:학술대회논문집
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    • 한국초전도저온공학회 2002년도 학술대회 논문집
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    • pp.189-192
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    • 2002
  • In this study, The experimental open-tube-type and close-tube-type thermoacoustic refrigerator were constructed. The resonant characteristics of a thermoacoustic refrigerator were investigated. In order to determine the optimum resonant tube length and frequency, We changed the length of resonant tube from 400mm to 850mm and the frequency from 100Hz to 1000Hz. In case of first harmonic, the temperature difference of open-tube-type (1/4 wave) refrigerator was $41^{\circ}C$(resonator length :500mm). The temperature difference of close-tube-type (1/2 wave) refrigerator was $43^{\circ}C$(resonator length :850mm). In this experiments, the experimental 1/2 wave refrigerator is slightly cooler than the experimental l/4 wave refrigerator.

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밀폐관형과 개방관형 열음향 냉동기의 2차, 3차 하모닉에 관한 특성 연구 (An Experimental Study on the 2nd,3rd Harmonic Characteristic for open-tube-type and close-tube-type Thermoacoustic Refrigerators)

  • 송규조;박종호;고득용;박성제;김효봉;박영선
    • 한국초전도저온공학회:학술대회논문집
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    • 한국초전도저온공학회 2002년도 학술대회 논문집
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    • pp.193-196
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    • 2002
  • The thermoacoustic refrigerator has not only considerable possibility but also commercial usability, because it has high reliability, lower vibration, no moving part, and can easily be constructed. In order to determine the optimum resonant tube length and the frequency, the open-tube-type(3$\lambda$/4) and close- tube - type (2$\lambda$/2) thermoacoustic refrigerator were constructed. In third harmonic, the temperature difference of 3$\lambda$/4 refrigerator was $53^{\circ}C$(resonator length :400mm). In second harmonic, the temperature difference of 2$\lambda$/2 refrigerator was $51^{\circ}C$(resonator length :400mm).

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원통형 연소기 내의 저주파 소음특성에 관한 수치적 연구 (Numerical Study on Characteristics of Low-Frequency Noise in a Cylindrical Combustor)

  • 김재헌;이수갑
    • 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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    • 한국소음진동공학회 1998년도 춘계학술대회논문집; 용평리조트 타워콘도, 21-22 May 1998
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    • pp.492-497
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    • 1998
  • Thermoacoustic oscillation is a significant problem in cylindrical-type combustors such as common internal combustion engines, industrial furnaces, gas turbine, etc. This kind of low frequency oscillation can give rise to serious troubles such as the destruction of system or producing of a strong noise. Accurate numerical simulation of thermoacoustic phenomena is a complex and challenging problem. Especially, considering the reaction of mixture intensifies the difficulty of analysis. Like as other simulations of the aerodynamics and aeroacoustics, direct computation of thermoacoustic phenomena requires that the Navier-Stokes equations be solved using accurate numerical differentiation and time-marching schemes, with non-reflecting boundary conditions. In this study,, numerical approach aims at qualitative analysis and efficient prediction of problem, not at the development of an accurate scheme. Overally speaking, numerical prediction is reasonably matched with experimental result.

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덤프 연소기에서의 열음향 불안정에 관한 수치적 연구 (Numerical Simulation on Thermoacoustic Instability in the Dump Combustor)

  • 김현준;배수호;신현동
    • 한국연소학회:학술대회논문집
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    • 한국연소학회 2005년도 제31회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
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    • pp.294-301
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    • 2005
  • The instabilities in rocket engines and gas turbine combustors due to the interaction between the fluid flow (acoustics) and the heat transfer (thermal energy) are called thermoacoustic or combustion instabilities. Almost all analysis assumes constant hot section temperature for Modern mathematical analysis of acoustic oscillations in Rijke type devices. However, it is impossible to predict whether a system is stable or not because the flame or heater response model can have a dramatic effect on predicted growth rates. In this study, A standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulent model and hybrid combustion model(eddy breakup model and chemical reaction) were used. After steady solution was gotten, unsteady calculation is simulated by perturbating on pressure boundary. As a result, we obtained the relationship of equivalence ratio and frequency by numerical simulation, and they are comparable to the experimental result. In addition, in spite of these results, there are limitations of using turbulent and combustion model in simulation method of thermoacoutic instability

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관형 연소기의 열음향학적 특성에 관한 연구 (Characteristics of Thermoacoustic Oscillation in Ducted Flame Burner)

  • 조상연;이수갑
    • 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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    • 한국소음진동공학회 1997년도 춘계학술대회논문집; 경주코오롱호텔; 22-23 May 1997
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    • pp.621-626
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    • 1997
  • Combustion instability is a common phenomenon in a ducted flame burner and is known as accompanying low frequency oscillation. This is due to the interaction between unsteady heat release rate and sound pressure field, that is, thermoacoustic feedback. In Rayleigh criterion, combustion instability is triggered when the heat additions is in phase with acoustic oscillation. A Rijke type burner with a pre-mixed flame is built for investigating the effect of Reynolds number and equivalence ratio on thermoacoustic oscillation. In addition, the effect of wall temperature is presented. The results suggest that the frequency of max. oscillation is dependent on Reynolds number and equivalence ratio whereas its magnitude is not a strong function of these two parameters. On the other hand, the wall temperature distribution has much strong effects on the oscillation, even creates different mode of acoustic resonance.

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가스터빈 연소기에서 1D 열음향 모델을 이용한 연소불안정 예측 (Combustion Instability Prediction Using 1D Thermoacoustic Model in a Gas Turbine Combustor)

  • 김진아;김대식
    • 한국분무공학회지
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    • 제20권4호
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    • pp.241-246
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    • 2015
  • The objective of the current study is to develop an 1D thermoacoustic model for predicting basic characteristics of combustion instability and to investigate effects of key parameters on the instabilities such as effects of flame geometry and acoustic boundary conditions. Another focus of the paper is placed on limit cycle prediction. In order to improve the model accuracy, the 1D model was modified considering the actual flame location and flame length (i.e. distribution of time delay). As a result, it is found that the reflection coefficients have a great effect on the growth rate of the instabilities. In addition, instability characteristics are shown to be strongly dependent upon the fuel compositions.