• 제목/요약/키워드: reacting flow simulation

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대향류 반응 및 비반응 유동장에서의 단일 와동의 동적 거동 (Dynamic Behaviors of a Single Vortex in Counter Non-reacting and Reacting Flow Field)

  • 유병훈;오창보;황철홍;이창언
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제27권9호
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    • pp.1262-1272
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    • 2003
  • A two-dimensional direct numerical simulation is performed to investigate the dynamic behaviors of a single vortex in counter reacting and non-reacting flow field. A predictor-corrector-type numerical scheme with a low Mach number approximation is used in this simulation. A 16-step augmented reduced mechanism is adopted to treat the chemical reaction. The budget of the vorticity transport equation is examined to reveal a mechanism leading to the formation, destruction and transport of a single vortex according to the direction of vortex generation in reacting and non-reacting flows. The results show that air-side vortex has more larger strength than that of fuel-side vortex in both non-reacting and reacting flows. In reacting flow, the vortex is more dissipated than that in non-reacting flow as the vortex approach the flame. The total circulation in reacting flow, however, is larger than that in non-reacting flow because the convection transport of vorticity becomes much large by the increased velocity near the flame region. It is also found that the stretching and the convection terms mainly generate vorticity in non-reacting and reacting flows. The baroclinic torque term generates vorticity, while the viscous and the volumetric expansion terms attenuate vorticity in reacting flow. Furthermore, the contribution of volumetric expansion term on total circulation for air-side vortex is much larger than that of fuel-side vortex. It is also estimated that the difference of total circulation near stagnation plane according to the direction of vortex generation mainly attributes to the convection term.

스월 환형연소기의 반응 및 비반응 유동 특성 연구를 위한 3차원 Large Eddy Simulation (3-D LES for Reacting and Non-reacting Flow Characteristics on a Swirl Stabilized Annular Combustor)

  • 김종찬;성홍계;차봉준
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2008년도 제31회 추계학술대회논문집
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    • pp.449-452
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    • 2008
  • 환형 스월 난류 연소기 내에서 반응, 비반응시 발생하는 유동의 차이를 flamelet 난류연소와 난류유동 모델을 모두 고려한 3차원 LES 기법으로 연구하였다. 계산 모델은 GEAE의 LM6000 환형연소기를 이용하였으며, 조건은 실험에서 얻어진 값을 이용하였다. 연소시 열방출에 의해 연소가스의 체적이 팽창하고 이로 인해 유입되는 스월의 주흐름은 하류방향으로 더욱 뻗어나간다. 비반응에서 나타났던 수직 단면에서의 타원형의 속도 분포는 원형에 가깝게 변하며, 비반응 유동장에서는 와류의 분포가 광범위하게 나타나지만, 반응유동에서는 약한 와류들은 소멸되는 것으로 나타났다. 즉 반응과 비반응에서 와류 분포와 강도, 그리고 동일 세기의 와류의 크기가 확연히 다르게 나타나는데, 이는 연소에 의한 밀도 팽창에 의한 영향으로 판단된다.

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연소기 개발에서 시뮬레이션 기술의 활용 (Application of non-reacting and reacting flow simulation for combustor development)

  • 정승채;양시원;김신현;박희호;안철주;윤삼손
    • 한국연소학회:학술대회논문집
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    • 한국연소학회 2013년도 제46회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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    • pp.123-126
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    • 2013
  • Combustor development requires high fidelity simulation capable of predicting recirculation zone (RZ), temperature field, and pollutant emission. Swirling flow is widely used in combustor for its benefits in efficient mixing and flame stabilization by RZ. Large eddy simulation (LES) is used to calculate swirling flow in an expanding pipe [1], and shows higher accuracy than RANS. Reactive flow modeling using LES and flamelet model is validated with experiments by Barlow et al. [4] and Masri et al. [3]. Finally, heat transfer simulation of Samsung Techwin's combustor liner is presented.

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Bluff-body 연소기의 비반응 유동에 대한 대 와동 모사 (Large Eddy Simulation of Non-reacting Flow in Bluff-body Combustor)

  • 공민석;황철홍;이창언
    • 유체기계공업학회:학술대회논문집
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    • 유체기계공업학회 2005년도 연구개발 발표회 논문집
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    • pp.250-257
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    • 2005
  • Large eddy simulation{LES) methodology used to model a bluff-body stabilized non-reacting flow. The LES solver was implemented on parallel computer consisting 16 processors. To verify the capability of LES code, the results was compared with that of Reynolds Averaged Navier-Stokes(RANS) using $k-{\epsilon}$ model as well as experimental data. The results showed that the LES and RANS qualitatively well predicted the experimental results, such as mean axial, radial velocities and turbulent kinetic energy. However, in the quantitative analysis, the LES showed a better prediction performance than RANS. Specially, the LES well described characteristics of the recirculation zones, such as air stagnation point and jet stagnation point. Finally, the unsteady phenomena on the Bluff-body, such as the transition of recirculation region and vorticity, was examined with LES methodology.

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반응 및 비반응 제트 유동장에서 단일 와동의 전개 및 구조에 대한 수치모사 (Numerical Simulation of the Evolution and Structure of a Single Vortex in Reacting and Non-reacting Jet Flow Fields)

  • 황철홍;오창보;이창언
    • 한국항공우주학회지
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    • 제32권10호
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    • pp.28-37
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    • 2004
  • 반응 및 비반응 유동장에서 단일와동의 전개 및 와(渦) 구조 검토를 위해 2 차원 직접 수치모사를 수행하였다. 수치기법으로는 낮은 마하수 근사법이 적용된 예측-교정자법이 적용되었으며, 연소모텔로는 2단계 총괄 반응식이 사용되었다. 반응 및 비반응 유동장에서 단일와동의 거동 비교를 통해, 와동의 전개특성 및 구조는 화학반응으로부터 생성된 열 뿐만 아니라 부력에 의해 생성된 외부 와동에 크게 영향을 받음을 확인하였다. 또한 반응장의 경우에 부피 팽창항, Baroclinic torque항 및 부력항에 의해 와동의 구조가 크게 변화될 수 있음을 알았다.

소형가스터빈용 인젝터의 분무 특성에 따른 반응 유동장 전산 해석 (Numerical Simulation on a Reacting Flow Field with Various Injection conditions)

  • 김세환;정인석;박희호;나상권
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2010년도 제34회 춘계학술대회논문집
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    • pp.300-303
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    • 2010
  • 항공용 저출력 소형 가스터빈 엔진에 적용을 위한 연료 분사기의 분무 특성에 따른 반응 유동장에 대한 수치해석을 수행하였다. 인젝터의 개발에 있어 연료의 분무 상태가 엔진 성능에 큰 영향을 미치므로 다양한 변수에 대한 고려가 요구되고 있다. 본 연구에서는 정지 상태의 유동장에 분사기를 위치시키고 액적의 평균 직경, 분사 압력, 분사각을 변경하며 그에 따른 반응 특성을 살펴보았다. 해석 결과 분사압과 분사 각도가 클수록, 액적의 직경이 작을수록 활발한 반응이 일어나지만 분사압이 큰 경우 영역내에서 기화되는 연료량이 감소함을 확인할 수 있었다.

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대향류 비예혼합화염과 상호작용하는 단일 와동의 생성특성에 관한 연구 (An Investigation on the Formation Characteristics of a Single Vortex Interacting with Counterflow Nonpremixed Flame)

  • 유병훈;오창보;황철홍;이창언
    • 한국연소학회:학술대회논문집
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    • 한국연소학회 2002년도 제25회 KOSCI SYMPOSIUM 논문집
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    • pp.49-56
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    • 2002
  • A two-dimensional direct numerical simulation is performed to investigate the formation characteristics of a single vortex interacting with $CH_4/N_2$-Air counterflow nonpremixed flame. The numerical method was based on a predictor-corrector scheme for a low Mach number flow. The detailed transport properties and a 16-step augmented reduced mechanism are adopted in this calculation. The budgets of the vorticity transport equation arc examined to reveal the mechanisms leading to the formation, evolution and dissipation of a single vortex interacting with counterflow nonpremixed flame. It is found that the stretching term, which depends on the azimuthal component of vorticity, and radial velocity, mainly generates vortieitv in non-reacting and reacting flows. The viscous and baroclinic torque term destroy the vorticity in non-reacting flow. In addition, the baroclinic torque term due to density and pressure gradient generates vorticity, while viscous and the volumetric expansion terms due to density gradient destroy vorticity in reacting flow.

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가열로 유동특성에 관한 수치해석 (Numerical Simulation of Flow Characteristics in a Heating Furnace)

  • 이동은;김창영;김상준;김종근
    • 대한기계학회:학술대회논문집
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    • 대한기계학회 2001년도 추계학술대회논문집B
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    • pp.511-516
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    • 2001
  • The flow characteristics in a hot mill reheating furnace is numerically simulated in this study. Navier-Stokes equations for conservation of mass, momentum, energy are solved and the standard $k-\varepsilon$ model, mixture fraction/PDF model are used for the turbulent reacting flow in the furnace. Radiation heat transfer is incorporated by the P-1 method with the absorption coefficient evaluated using WSGGM. First, simulation results are obtained for the total furnace region with existing protective dam, and then the calculations are carried out only for the preheating zone in the furnace. In that zone, additional center darn is built in order to control the flow behavior of the inlet air and the combustion gas.

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Innovative Modeling and Simulation of Reacting Flow with Complex Confined Boundaries

  • Kim, Ki-Hong;Yoh, Jai-Ick
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2008년 영문 학술대회
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    • pp.311-319
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    • 2008
  • We present an innovative method of multi physics application involving energetic materials. Energetic materials are related to reacting flows in extreme environments such as fires and explosions. They typically involve high pressure, high temperature, strong shock waves and high strain rate deformation of metals. We use an Eulerian methodology to address these problems. Our approach is naturally free from large deformation of materials that make it suitable for high strain rate multi-material interacting problems. Furthermore we eliminate the possible interface smearing by using the level sets. We heave devised a new level set based tracking framework that can elegantly handle large gradients typically found in reacting gases and metals. We show several work-in-progress application of our integrated framework.

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바이오 가스터빈 연소기의 비반응장과 반응장의 3차원 유동해석 (CFD Simulation of Non-reacting and Reacting Flows for a Gas Turbine Combustor Firing Biogas)

  • 안윤호;남삼식;최진훈;임지혁;김호근;전재철
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2011년도 제36회 춘계학술대회논문집
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    • pp.439-444
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    • 2011
  • 최근 두산중공업은 바이오가스를 연료로 사용하는 가스터빈엔진을 개발하고 있다. 본 논문은 바이오 가스터빈엔진의 주요 구성품 중 하나인 연소기의 비반응장과 반응장 해석에 대한 것이다. 해석을 통해 연소기 설계 결과를 검증하고 다양한 Fuel Distribution Ratio에서의 연소기 작동 거동을 예측하였다. 해석 결과는 두산에서 자체 수행한 리그 시험 결과와 비교하였다. 해석 결과 연소기 압력 손실, 공기 분배비, 재순환 유동의 예측은 신뢰할 만한 수준이며, 낮은 Fuel Distribution Ratio 영역에서의 NOx 생성 추세는 다소 불일치하였다.

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