• 한국분무공학회지
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• 제23권1호
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• pp.16-21
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• 2018

The current study has developed an in-house 3D FEM code in order to model thermoacoustic problems in a gas turbine combustion system and compared calculation results of main instability characteristics with measured ones from a lab-scale partially-premixed combustor. From the comparison of calculation results with the measured data, the current model could successfully capture the harmonic longitudinal instability frequencies and their spatial distributions of the acoustic field as well as the growth rate of self-excited modes.

• 한국항공우주학회지
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• 제48권8호
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• pp.589-595
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• 2020

본 연구에서는 부분예혼합 가스터빈 연소기에 대한 대와류모사(LES)가 이루어졌다. 연료 조성에 따른 연소기 내의 유동특성 연구를 위하여 서로 다른 4개의 수소 조성이 고려되었다. 시뮬레이션 결과의 적절성을 확인하기 위해서 화염 구조 및 속도장에 대한 실험결과와의 비교가 선행되었다. 해석 결과에 따르면 연소기 내의 부분예혼합 화염구조가 수소 조성에 크게 영향을 받음이 나타났다. 연료 내 수소 조성이 증가함에 따라 화염구조는 짧고 굵게 형성이 되었으며, 이에 따라 벽면에 미치는 영향이 감소하였다. 수소 조성에 따른 연소기 벽면의 재순환 영역의 변화가 이어서 조사되었으며 연료 조성의 영향이 논의되었다. 종합해 보았을 때, LES 기법과 연소모델을 사용한 수치해석이 연료 조성에 따른 반응성 유동장을 정확하게 예측할 수 있음이 확인되었다.

• 대한기계학회논문집
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• 제18권4호
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• pp.1064-1071
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• 1994

There are three active radicals which become to the scale of flame diagnostics at the flame front. They are OH, CH and $C_2$ radical. For this, optical measurement system which could monitor simultaneously the luminous waves of three radicals, was constructed. These were analyzed statistically into the cross correlation, coherence and phase. Through such an statistical treatment, combustion characteristics was investigated at the primary zone of gas turbine combustor. The local equivalence ratio was predicted with the ratio of luminuous intensity between CH and $C_2$ radical. This result was matched up to the equivalence ratio calculated from gas composition within 5% error. In general, equivalence ratio was said to be 1.0 at flame front, but it could be increased up to about 1.2 depending on the degree of swirl intensity in case of changing properly the air amount of primary zone.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제29권5호
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• pp.538-548
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• 2018

The thermo-acoustic instability in the combustion process of a gas turbine is caused by the interaction of the heat release mechanism and the pressure perturbation. These acoustic vibrations cause fatigue failure of the combustor and decrease the combustion efficiency. This study is to develop a segmented dynamic thermo-acoustic model to understand combustion instability of gas turbine. Therefore, this study required a dynamic analysis rather than static analysis, and developed a segmented model that can analyze the performance of the system over time using the Matlab/Simulink. The developed model can confirm the thermo-acoustic combustion instability and exhaust gas concentration in the combustion chamber according to the equivalent ratio change, and confirm the thermo-acoustic combustion instability for the inlet temperature and the load changes. As a result, segmented dynamic thermo-acoustic model has been developed to analyze combustion instability under the operating condition.

• 대한기계학회논문집B
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• 제32권5호
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• pp.342-350
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• 2008

The effects of combustion instability on flow structure and flame dynamics with the inlet configurations in a model gas turbine combustor were investigated using large eddy simulation (LES). A G-equation flamelet model was employed to simulate the unsteady flame behaviors. As a result of mean flow field, the change of divergent half angle($\alpha$) at combustor inlet results in variations in the size and shape of the central toroidal recirculation (CTRZ) as well as the flame length by changing corner recirculation zone (CRZ). The case of ${\alpha}=45^{\circ}$ show smaller size and upstream location of CTRZ than those of $90^{\circ}$ and $30^{\circ}$ by the development of higher swirl velocity. The flame length in the case of ${\alpha}=45^{\circ}$ is shorter than other cases, while the case of ${\alpha}=30^{\circ}$ yields the longest flame length due to the decrease of effective reactive area with the absence of CRZ. Through the analysis of pressure fluctuation, it was identified that the case of ${\alpha}=45^{\circ}$ shows the largest damping effect of pressure oscillation in all configurations and brings in the noise reduction of 2.97dB, compared to that of ${\alpha}=30^{\circ}$ having the largest pressure oscillation. These reasons were discussed in detail through the analysis of unsteady phenomena related to recirculation zone and flame surface. Finally the effects of flame-acoustic interaction were evaluated using local Rayleigh parameter.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 춘계학술대회논문집D
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• pp.840-845
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• 2001

Development of a small gas-turbine combustor for 100kW class APU(Auxiliary Power Unit) has been performed. This combustor is a reverse-annular type and has a tangential swirler in the liner head to improve the fuel/air mixing and flame stability. Three main and three pilot fuel injectors of the simplex pressure-swirl type are used. The performance target at the design condition includes a turbine inlet temperature of 1170K, a combustion efficiency of 99%, a pattern factor of 30%, and an engine durability of 3000 hours. Under developing the combustor, we conducted performance test of our first prototype(TS1) with some variants. As a result of the test, the performance targets of the combustor are satisfied except that the pattern factor is about 4% higher than target value. So, we redesigned the second prototype(TS2) and conduct performance test with the critical focus on pattern factor and exit mean temperature. We adopted TS2 four variant to check the improvement of pattern factor. As the result, the pattern factors of several variants were satisfied with the performance target. Finally, We chose the TS2A variant as a final combustor for our APU model.

• 한국추진공학회지
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• 제16권5호
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• pp.10-19
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• 2012

연소불안정 현상을 제거하거나 효과적으로 제어하기 위해서는 화염구조에 대한 이해가 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 OH 자발광 및 He-Ne 레이저 광흡수 계측기법을 이용하여 연소불안정과 화염 구조사이의 상관관계에 대한 실험적 연구를 다양한 실험조건에서 수행하였다. 실험에서는 673 K로 가열된 swirl 형태로 공급되는 건조한 공기와 LNG($CH_4$) 연료를 사용하였으며 전체 당량비는 1.2 조건에서 속도를 25 ~ 70 m/s까지 바꾸어가며 실험을 수행하였다. 이를 통하여 연소불안정 현상이 낮은 속도조건과 높은 속도조건에서 발생하는 것을 확인할 수 있었고, 낮은 속도조건의 불안정에서는 화염의 와동구조가 연소불안정현상에 영향을 끼친다는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2012년도 제38회 춘계학술대회논문집
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• pp.367-376
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• 2012

연소불안정 현상을 제거하거나 효과적으로 제어하기 위해서는 화염구조에 대한 이해가 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 OH 자발광 및 He-Ne 레이저 광흡수 계측기법을 이용하여 연소불안정과 화염구조사이의 상관관계에 대한 실험적 연구를 다양한 실험조건에서 수행하였다. 실험에서는 673K로 가열되어진 swirl 형태로 공급되는 건조한 공기와 LNG(CH4) 연료를 사용하였으며 전체 당량비는 1.2 조건에서 속도를 25 ~ 70 m/s까지 바꾸어가며 실험을 수행하였다. 이를 통하여 연소불안정 현상이 낮은 속도조건과 높은 속도조건에서 발생하는 것을 확인할 수 있었고, 낮은 속도조건의 불안정에서는 화염의 와동구조가 연소불안정현상에 영향을 끼친다는 것을 알 수 있었다.

• 한국추진공학회지
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• 제13권2호
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• pp.42-53
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• 2009

가스터빈 엔진을 모사하기 위한 프로그램을 2차원 CFD 코드를 기반으로 개발 하였다. 압축기와 터빈은 k-$\omega$ SST 난류 모델의 2차원 NS(Navier Stokes) 코드를 이용하였고, 연소기는 lumped method 화학 평형 코드를 바탕으로 완전 혼합 상태에서 연소효율 100%로 가정된 케로신 공기 반응의 생성물 중 대표적인 10종류를 몰분율을 계산, 당량비에 따른 연소기 온도를 예측하였다. 압축기, 터빈에서 로터의 회전에 의한 비정상 유동 현상은 mixing-plane 기법을 이용한 경계면 처리로 그 효과를 나타내었고, 압축기는 연소기로 온도 압력을 주고, 연소기는 터빈으로 온도와 질유량을 전달하나 압력의 변화가 없는 것으로 가정하였다. 이를 바탕으로 아음속 조건에서의 압축기 입구 조건과 터빈 출구 조건, 회전수, 연소기의 당량비를 주는 것만으로 엔진의 성능이 계산 될 수 있는 통합 코드를 구성하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권10호
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• pp.1011-1016
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• 2008

KIVA3V를 이용하여 모형 가스터빈 연소기에서 Jet-A의 분무와 연소에 관한 수치해석을 하였다. 연소기 형상은 6개의 희석홀을 가지며, 스월효과를 고려하였다. 연소 특성을 해석하기 위해 열적 NO 발생을 고려하였다. 다양한 분무각에 대해서 Jet-A 증기, 화염온도 분포와 NO 발생량에 대하여 비교하였다. 분무각이 커질수록 1차 영역에서 연료 증기가 비교적 고르게 나타나게 되며 증발이 더욱 빠르게 되고, 주변 기체와 연료 증기 사이의 혼합이 증가한다. 그 결과 고온부가 넓게 나타나게 되고, 이에 의해 열적 NO 발생이 증가한다.