• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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• 제24권3호
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• pp.68-73
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• 2022

Thermoacoustic oscillations (TAOs) are spontaneous pressure oscillations frequently seen in hydrogen or helium cryogenic systems. Half-open tubes connected to cryogenic fluid with a closed room temperature end have a high potential for oscillation generation. Thermoacoustic oscillations will result in significant pressure fluctuations and additional heat load, endangering the security and stability of the cryogenic system. The goal of this paper is to investigate TAOs in superfluid helium using both theoretical and experimental methods. Five half-open tubes with varied typical inner diameters inserted into superfluid helium were installed in a test cryostat. The onset characteristics of thermoacoustic oscillations were presented and studied. The effect of temperature profile was discussed. Finally, a simple eliminating method was introduced.

• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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• 제23권1호
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• pp.1-6
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• 2021

Thermoacoustic oscillations (TAOs) could be often observed in liquid helium cryogenic system especially in half-open tubes. These tubes have closed warm end (300K) and open cold end (usually 4.4K). This phenomenon significantly induces additional heat load to cryogenic system and other undesirable effects. This work focuses on using computational fluid dynamics (CFD) method to study TAOs in liquid helium. The calculated physical model, numerical scheme and algorithm, and wall boundary conditions were introduced. The simulation results of onset process of thermoacoustic oscillations were presented and analyzed. In addition, other important characteristics including phase relation and frequency were studied. Moreover, comparisons between experiments and the CFD simulations were made, which demonstrated thevalidity of CFD simulation. CFD simulation can give us a better understanding of onset mechanism of TAOs and nonlinear characteristics in liquid helium cryogenic system.

• 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

• 한국추진공학회지
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• 제15권6호
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• pp.98-106
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• 2011

본 논문에서는 많은 가스터빈 산업체 및 연구기관에서 연소불안정 현상과 관련된 변수들을 예측하기 위해 가장 보편적으로 이루어지고 있는 열음향 해석 모델에 대한 기술 소개 및 최근의 연구 동향을 분석하였다. 선형 시스템 해석을 통하여 연소 불안정이 발생하는 고유 주파수 및 불안정 초기 성장률의 예측이 가능하다. 이를 위하여 정의된 시스템에서의 음향파와 열발생율 섭동간의 선형 관계식을 선형 음향 이론으로부터 유도할 수 있고, 이 관계식의 해를 구하기 위해서 가장 중요한 부분은 화염 전달 함수로부터 n-${\tau}$ 함수를 구하여 열발생율 섭동 결과에 대한 정보를 얻는 것이다. 현재까지의 연구 결과로부터 선형 특성 해석에는 상당한 진보가 이루어져 왔고, 실제 가스터빈 연소기에 적용하는 노력이 있었으나, 한계 진폭과 과도기 현상 예측을 위해서 요구되는 비선형 동적 특성 모델링 기술 개발은 현재 간단한 연소기와 버너의 적용에 머물러 있는 실정이다. 실제 복잡한 가스터빈과 같은 연소 시스템에 적용되기 위해서는 비선형 경계 조건을 고려한 시스템 동적 특성 연구와 화염의 비선형 거동을 더욱 정확히 설명할 수 있는 전달 함수에 대한 예측 기술이 선행되어야 한다.

• 한국추진공학회지
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• 제22권3호
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• pp.72-80
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• 2018

연소불안정 현상은 연소기 내부에서 열발생 섭동과 음향 압력 섭동 사이의 피드백 관계로부터 도출된다. 특히 항공용 엔진에 대한 배출 가스 규제가 강화되면서, 환형 연소기에서의 연소불안정 연구에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 본 연구에서는 환형연소기에서 다양한 음향 모드를 계산할 수 있는 열음향 네트워크 모델을 개발 및 사용하였고, 이때 연소 모델은 화염전달함수를 적용하였다. 이와 같은 네트워크 모델을 사용하여 벤치마킹한 환형연소기의 실험데이터와 비교 분석하여 연소불안정 해석을 진행하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.896-904
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• 2017

희박 예혼합 연소기는 NOx 배출 규제를 만족시키지만, 연소불안정 현상을 야기하는 단점을 갖고 있다. 이때 연소불안정 현상은 연소기 내부에서 열발생 섭동과 음향 압력 섭동 사이의 피드백 관계로부터 도출된다. 특히 항공용 엔진에 대한 배출 가스 규제가 강화되면서, 환형 연소기에서의 연소불안정 연구에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 본 연구에서는 환형연소기에서의 길이방향 및 환형 방향의 모드까지 계산할 수 있는 열음향 네트워크 모델을 개발 및 사용하였고, 이때 연소 모델은 화염전달함수를 적용하였다. 이와 같은 네트워크 모델을 사용하여 벤치마킹한 환형연소기의 실험데이터와 비교 분석하여 연소불안정 해석을 진행하였다.