• 제목/요약/키워드: Turbulent premixed flames

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다중 혼합기 난류 비예혼합 연소시스템에 대한 수치모델링 (Two Conserved Scalar Approach for the Turbulent Nonpremixed Flames)

  • 김군홍;강성모;김용모;안국영
    • 한국연소학회:학술대회논문집
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    • 대한연소학회 2003년도 제27회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
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    • pp.57-61
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    • 2003
  • In the combustion modeling of non-premixed flames, the mixture fraction conserved scalar approach is widely utilized because reactants are mixed at the molecular level before burning and atomic elements are conserved in chemical reactions. In the mixture fraction approach, combustion process is simplified to a mixing problem and the interaction between chemistry and turbulence could be modelled by many sophisticated combustion models including the flamelet model and CMC. However, most of the mixture fraction approach is restricted to one mixture system. In this study, the flamelet model based on the two-feed system is extended to the multiple fuel-feeding systems by the two mixture fraction conserved scalar approach.

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미연혼합기의 난류특성과 화염 스케일에 관한 실험적 연구 (An experimental study on characteristics of mixture turbulence and flame scale)

  • 최병륜;장인갑;최경민
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제20권3호
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    • pp.1040-1049
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    • 1996
  • The high loading combustion is accomplished by making the turbulent intensity strong and the scale small in the premixed combustor. The Da-mkoler number, which is decreased by short turbulent characteristic time or by long chemical reaction time, can make the distributed reaction flame. So we developed a doubled jet burner for high loading combustion. The doubled jet burner was designed to make the scale of the flame small by the effect of impingement and increasing shear stress with doubled jet. We investigated the turbulence characteristics of unburned mixture and visualized several flames with the typical schlieren photography. Then we studied the influence of several factors that related the scale of flame. Consequently, the doubled jet burner can make the eddy very small. And we can obtain the detail information of the flame scale through ADSF(the Average Distance between Successive Fringes) in the micro- schlieren photography. The ADSF is not a exact flame scale, but it has qualitative trend with increasing turbulent intensity. The ADSF is diminished remarkably with increasing turbulent intensity. The reason is that strong turbulent intensity makes the flame zone thick and flamelets numerous. We can confirm this fact by the signal analysis of ion currents.

모형 가스터빈 연소기에서 화염구조와 연소불안정 특성에 대한 실험적 연구 (An Experimental Study on Flame Structure and Combustion Instability Characteristics in Model Gas Turbine Combustor)

  • 박성순;김민기;윤지수;윤영빈
    • 한국추진공학회지
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    • 제15권4호
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    • pp.26-34
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    • 2011
  • 스월러를 가진 천연가스 연료분사기가 장착된 희박 예혼합 연소기에서 화염구조의 일부분인 재순환 영역의 형성이 연소불안정에 미치는 영향에 대하여 실험적으로 연구를 진행하였다. PIV 계측기법으로 연소장에서의 화염의 안정화 그리고 불안정한 영역에서 유동장을 확인해본 결과 스월러에 의한 재순환 영역은 화염의 안정화 및 난류의 강도뿐만 아니라 재순환영역 형성의 크기에 따른 화염 재점화에도 영향을 미쳐 연소불안정 발생의 원인이 되는 열방출 섭동과 매우 밀접한 관계가 있음을 확인하였다.

모형 가스터빈 연소기에서 화염구조와 연소불안정 특성에 대한 실험적 연구 (An Experimental Study on Flame Structure and Combustion Instability Characteristics in Model Gas Turbine Combustor)

  • 박성순;김민기;윤지수;윤영빈
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2011년도 제36회 춘계학술대회논문집
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    • pp.445-452
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    • 2011
  • 스월러를 가진 천연가스 연료분사기가 장착된 희박 예혼합 연소기에서 화염구조의 일부분인 재순환 영역의 형성이 연소불안정에 미치는 영향에 대하여 실험적으로 연구를 진행하였다. PIV 계측기법으로 연소장에서의 화염의 안정화 그리고 불안정한 영역에서 유동장을 확인해본 결과 스월러에 의한 재순환영역은 화염의 안정화 및 난류의 강도뿐만 아니라 재순환영혁 형성의 크기에 따른 화염 재점화에도 영향을 미쳐 연소불안정 발생의 원인이 되는 열방출 섭동과 매우 밀접한 관계가 있음을 확인하였다.

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The effect of Volume Expansion on the Propagation of Wrinkled Laminar Premixed Flame

  • Chung, E.H.;Kwon, Se-Jin
    • 한국연소학회:학술대회논문집
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    • 한국연소학회 1998년도 제17회 KOSCI SYMPOSIUM 논문집
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    • pp.139-154
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    • 1998
  • Under certain circumstance, premixed turbulent flame can be treated as wrinkled thin laminar flame and its motion in a hydrodynamic flow field has been investigated by employing G-equation. Past studies on G-equation successfully described certain aspects of laminar flame propagation such as effects of stretch on flame speed. In those studies, flames were regarded as a passive interface that does not influence the flow field. The experimental evidences, however, indicate that flow field can be significantly modified by the propagation of flames through the volume expansion of burned gas. In the present study, a new method to be used with G -equation is described to include the effect of volume expansion in the flame dynamics. The effect of volume expansion on the flow field is approximated by Biot-Savart law. The newly developed model is validated by comparison with existing analytical solutions of G -equation to predict flames propagating in hydrodynamic flow field without volume expansion. To further investigate the influence of volume expansion, present method was applied to initially wrinkled or planar flame propagating in an imposed velocity field and the average flame speed was evaluated from the ratio of flame surface area and projected area of unburned stream channel. It was observed that the initial wrinkling of flame cannot sustain itself without velocity disturbance and wrinkled structure decays into planar flame as the flame propagates. The rate of decay of the structure increased with volume expansion. The asymptotic change in the average burning speed occurs only with disturbed velocity field. Because volume expansion acts directly on the velocity field, the average burning speed is affected at all time when its effect is included. With relatively small temperature ratio of 3, the average flame speed increased 10%. The combined effect of volume expansion and flame stretch is also considered and the result implied that the effect of stretch is independent of volume release.

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산소부화공기가 동축 비예혼합 제트의 연소특성에 미치는 영향 (II) - 화염의 구조와 온도분포 - (Effect of Oxygen Enriched Air on the Combustion Characteristics in a Coaxial Non-Premixed Jet (II) - Flame Structure and Temperature Distribution -)

  • 곽지현;전충환;장영준
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제28권2호
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    • pp.223-229
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    • 2004
  • Combustion using oxygen enriched air is known as a technology which can increase thermal efficiency due to increase of the flame temperature. Flame shapes, schlieren photos, OH radical chemiluminescence and local flame temperature were examined as a function of OEC(Oxygen Enriched Concentration) in a coaxial non-premixed jet. With increase of OEC, flame length and width decreased, but its brightness increased significantly, and the size of vortices in the flame also increased. Especially, the reaction around the flame surface became active. The strong OH intensity appeared to be made and moved from middle stream to upper one with increase of OEC, which shows combustion reaction in the upper stream becomes more dominant In addition, the temperature distributions of the flames showed similar tendency with OH radical intensities. A flame with high temperature and strong stability was obtained with increasing OEC of the coflow.

모형 가스터빈 연소기에서 선회 예혼합화염의 대와동모사(LES) (Large Eddy Simulation of Swirling Premixed Flames in a Model Gas Turbine Combustor)

  • 황철홍;이창언
    • 한국항공우주학회지
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    • 제34권7호
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    • pp.79-88
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    • 2006
  • 본 논문에서는 대와동모사를 이용하여 모형 가스터빈 연소기에서 난류 예혼합연소의 선회 유동구조와 화염특성이 검토되었다. 비정상 화염 거동을 모사하기 위하여 G-방정식 화염편 모델이 적용되었다. 결과로서, 입구 선회수 증가에 따른 코너 및 중앙 재순환 유동이 뚜렷한 차이를 보이며, 화염의 길이도 점차 감소됨을 확인 할 수 있었다. 또한 강선회 조건에서 역화현상의 원인이 확인되었다. 정확한 비정상 화염거동의 모사를 위하여, 연소실 내 음향파 거동의 예측성능이 우선적으로 검토되었으며, 스텝 모서리 근처에서 생성된 와동이 화염면 변동에 가장 큰 영향을 주고 있음을 알 수 있었다. 마지막으로 비정상 화염-와동 상호작용에 대한 해석을 통해 선회와 음향파의 전개로부터 생성된 와동의 진동이 화염면 및 열발생의 변동과 밀접하게 관련되어짐을 체계적으로 규명하였다.

에틸렌 난류확산 화염에 관한 실험적 연구 (Experimental Study on Turbulent Ethylene Diffusion Flame)

  • 양고수;김용문
    • 한국연소학회지
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    • 제4권2호
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    • pp.23-33
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    • 1999
  • A turbulent non-premixed ethylene flame, which was set up in a vertical wind tunnel, was examined to understand the effect of turbulent mixing on formations of soot and gaseous species in the flames. Temperature and velocity profiles were measured using uncoated thermocouples and LDV system. Gaseous samples were withdrawn by using a water cooled stainless iso-kinetic gas sampling probe. The samples for inorganic compounds and light hydrocarbons were collected with sampling bottles and were analyzed by a gas chromatography. The samples for aromatic hydrocarbons were collected on a sorbent tube and were analyzed on a GC/MS system. Some of main results were followed. CO and $CO_2$ were measured relatively in early part of flame and the concentration of CO was greater than that of $CO_2$ all over the early flame region due to the scavenging of the oxidizing species OH by soot particles. Aromatic hydrocarbons were measured at x/D=122 along the radial direction and main important species were benzene, xylene, toluene, styrene, indene, naphthalene. The peak points of these compounds occurred at r/D=0.8 apart from the center of flame, around in which the concentration of $C_2H_2$ decayed relatively rapidly from the maximum value.

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미소 농도구배 조건에서 열손실 및 가연한계가 삼지화염의 확산화염에 미치는 영향에 대한 기초 연구 (Basic Study on Diffusion Branch of Tribrachial Flame with the Variation of Flammability Limits and Heat Loss Under Small Fuel Concentration Gradient)

  • 조상문;이민정;김남일
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제34권5호
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    • pp.505-513
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    • 2010
  • 삼지화염 구조는 화염 선단의 구조로서 다루어져 왔으며, 많은 연구자들에 의해 해석적인 방법과 실험적인 방법으로 연구가 되어왔다. 그러나 연료의 종류에 따른 가연한계의 차이가 삼지화염의 구조에 미치는 영향에 대한 연구는 깊이 있게 다루어지지 않았다. 본 연구에서는 화염 구조에 대한 비대칭 가연한계의 영향을 예혼합화염과 확산화염에 관한 몇 가지 층류화염 이론에 근거한 간단한 수치 기법을 통해 연구하였다. 고정된 유동장이 사용되었으며, 예혼합 화염 가지에서의 경계조건이 연계되었다. 예혼합 화염 후류의 확산화염의 형성과 소멸을 성공적으로 모사할 수 있었다. 비대칭 가연한계 조건과 열손실에 따른 확산화염의 변화가 연구되었다. 본 연구는 화염의 기초 구조에 대한 이해를 도울 수 있으며, 이후의 연구를 위한 기초로 활용될 수 있을 것이다.

초임계 압력하의 기체수소-액체산소 화염에 대한 난류모델을 이용한 해석에서 수치기법 평가 (An Evaluation of Numerical Schemes in a RANS-based Simulation for Gaseous Hydrogen/Liquid Oxygen Flames at Supercritical Pressure)

  • 김원현;박태선
    • 한국추진공학회지
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    • 제17권3호
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    • pp.21-29
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    • 2013
  • 초임계조건의 기체수소/액체산소 화염의 난류유동 및 온도장에 대해 난류모델을 이용한 해석이 수행되었다. 실제유체의 연소유동을 해석하기 위하여 화염편모델에 SRK 상태방정식이 도입되었다. 수정된 압력-속도-밀도 연계알고리듬이 초임계유동에 적용되었다. 수정된 알고리듬을 토대로 6개의 대류항 차분법과 4개의 난류모델의 상대적인 성능비교가 이루어졌다. 선택된 난류모델들은 실제유체 연소유동의 다양한 특징을 고려하기 위해서 수정이 필요함을 나타내었다.