한국연소학회지 (Journal of the Korean Society of Combustion)

  • 제18권3호
  • /
  • Pages.68-74
  • /
  • 2013
  • /
  • 1226-0959(pISSN)
  • /
  • 2466-2089(eISSN)
한국연소학회 (The Korean Society of Combustion)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

와류 발생기를 장착한 가스터빈 연소기에서 연료/공기 혼합 및 NOx 배출 특성에 관한 수치적 연구

A Numerical Study on Mixing of Fuel/Air Mixture and NOx Emission in a Gas Turbine Burner with a Vortex Generator

  • 투고 : 2013.07.20
  • 심사 : 2013.09.10
  • 발행 : 2013.09.30
PDF 다운로드
⟨ 이전 논문 다음 논문 ⟩

초록

가스터빈용 희박 예혼합 연소기 내부에 와류 발생기(vortex generator)를 장착하여 그에 따른 연료/공기혼합 및 NOx 배출 특성 변화를 조사하였다. 이를 위해 수치해석적 방법을 채택하여 연소기내 유동특성, 연료/공기 혼합도, 배기가스(NOx), 화염형상을 분석하였다. 와류 발생기를 장착한 경우, 연소기 내부에서 와류 발생기에 의한 나사산 형상으로 인해 와류가 형성되며 이는 연소기 전면부까지 유지되었다. 또한 연소기 내부 면적 차로 인해 압력섭동이 발생하였다. 이와 더불어 연소기 전면부 기준 상류지역의 연료와 공기의 혼합도가 증가됨으로서 연료 과농지역이 감소하게 되며 이로 인해 전반적인 NOx 발생량의 감소 효과를 볼 수 있었다. 화염 형상의 변화로부터 와류 발생기의 영향으로 선회수는 다소 감소할 것으로 예상되며, 이는 와류 발생기로 인한 유속의 반복적 증감에 의한 결과라고 판단된다.

키워드

참고문헌

  1. F. Peter, Z. Martin, L. Rudolf, B. Stefano, and M. Christian, "Development and Design of Alstom's Staged Fuel Gas Injection EV Burner for NOx Reduction", ASME Turbo Expo, 2007, GT2007- 27730.
  2. O. Lucca-Negro, T. O. Doherty, "Vortex breakdown: a review", Progress in Energy and Combustion Science, Vol. 27, 2001, pp. 431-481. https://doi.org/10.1016/S0360-1285(00)00022-8
  3. J.H. Jang, J.H. Cho, H.S. Kim, S.M. Lee, M.K. Kim, K.Y. Ahn, "Study on Lean-Premixed Combustion Characteristics of Dual-Stage Burner", Transactions of KSME(B), Vol. 37, NO.1, 2013, pp. 51-57.
  4. T. Terasaki, S. Hayashi, "The Effects of Fuel- Air Mixing On NOx Formation In Non-Premixed Swirl Burners", Twenty-Sixth Symposium (International) on Combustion, The Combustion Institute, 1996, pp.2733-2739.
  5. W. Dengpan, X. Zhixun, Z. Yuxin, W. Bo, Z. Yanhui, "Imaging of the Space-time Structure of a Vortex Generator in Supersonic Flow", Chinese Journal of Aeronautics, Vol. 25, 2012, 57-63. https://doi.org/10.1016/S1000-9361(11)60362-2
  6. J.X. Zhu, M. Fiebig, N.K. Mitra, "Numerical Investigation Of Turbulent Flows And Heat Transfer In a Rib-roughened Channel With Longitudinal Vortex Generatorst", lnt. J. Heat Mass Transfer, Vol. 38, No. 3, 1995, pp. 495-501. https://doi.org/10.1016/0017-9310(94)00177-W
  7. G. Saravanan, C. Suresh, "Numerical Simulation Of Mixing Enhancement In Scramjet Using Micro Vortex Generator", Procedia Engineering, Vol. 38, 2012, pp. 3969-3976. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.06.454
  8. M. Henze, J. Wolfersdorf, B. Weigand, C.F. Dietz, S.O. Neumann, "Flow and Heat Transfer Characteristics Behind Vortex Generators A Benchmark Dataset", International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 32, 2011, pp. 318-328. https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2010.07.005
  9. R. Rihani, O. Guerri, J. Legrand, "Three dimensional CFD simulations of gas-.liquid flow in milli torus reactor without agitation", Chemical Engineering and Processing, Vol. 50, 2011, pp. 369-376. https://doi.org/10.1016/j.cep.2011.02.014
  10. ANSYS FLUENT Theory Guide V13.0, 2010, ANSYS Inc.
  11. Y.A. Eldrainy, K.M. Saqr, H.S. Aly, M. N.M. Jaafar, "CFD Insight of The Flow Dynamics in a Novel Swirler for Gas Turbine Combustors," International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 36, 2009, pp. 936-941. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2009.06.013
  12. A. AbouTaouk, L. Eriksson, "Optimized Global Mechanisms For CFD Analysis of Swirl-Stabilized Syngas Burner For GAS Turbines", Proceedings of ASME Turbo Expo 2011, GT2011-45853.
  13. B. Fernando, G. Felic, "Effect of Pressure and Fuel-Air Unmixedness on NOx Emissions from Industrial Gas Turbine Burners," Combustion and Flame, Vol. 151, 2007, pp. 274-288. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2007.04.007
  14. C.H. Cho, G.M. Baek, C.H. Sohn, J.H. Cho, H.S. Kim, "Effect of Pressure and Fuel-Air Unmixedness on NOx Emissions from Industrial Gas Turbine Burners," Applied Thermal Engineering, Vol. 59, 2013, pp. 454-463. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2013.06.004
  15. H.S. Kim, W.S. Choi, J.H. Cho and K.Y. Ahn, "Combustion Characteristics of Methane/Oxygen in Pre-Mixed Swirl Flame", Transactions of KSME( b), Vol. 33, 2009, pp 343-348.