• 제목/요약/키워드: 희박연소 혼합기

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저선회 모델 연소기의 연소특성 및 선회각도 영향 (Effect of Swirl Angles and Combustion Characteristics of Low Swirl Model Combustor)

  • 정황희;이기만
    • 한국추진공학회지
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    • 제20권4호
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    • pp.40-49
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    • 2016
  • 본 연구의 목적은 저선회 모델 연소기에서 저선회 연소의 특성을 확인하는 것이다. 이를 위해 선회각도에 따른 화염의 형상 및 안정화 영역, 배기성능에 대한 평가가 실험적으로 수행되었다. 저선회 연소의 큰 특징은 화염이 부상되어 존재하게 되는데, 이러한 부상화염은 확대유동과 예혼합 화염의 전파특성이 절묘하게 결합되어 발생하게 된다. 본 연소기에서 이러한 부상화염의 특징을 속도 유동장을 통하여 확인하였으며 화염을 가시화하여 나타내었다. 가시화된 화염은 열용량과 당량비에 따라 분류하였다. 선회각도의 변화에 따른 연구를 통해 선회각도만으로도 희박 가연한계를 확장시킬 수 있음을 보였다. 또한 선회각도가 증가할수록 혼합이 향상되고 체류시간이 짧아져 NOx와 CO의 배출이 감소되는 것으로 확인되었다.

발전용 희박예혼합 가스터빈에서 연소모드변환 시기의 연소특성 해석 (Numerical Analysis of Combustion Characteristics during Mode Transfer Period in a Lean Premixed Gas Turbine for Power Generation)

  • 정재화;서석빈;김종진;차동진;안달홍
    • 대한기계학회:학술대회논문집
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    • 대한기계학회 2002년도 학술대회지
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    • pp.279-282
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    • 2002
  • Recently, gas turbines for power generation adopt multistage DLN(Dry Low NOx) type combustion, where diffusion combustion is applied at low load and, with increase in load, the combustion mode is changed to lean premixed combustion to reduce NOx emissive concentration. However, during the mode changeover from diffusion to premixed flame, unfavorable phenomena, such as flashback, high amplitude combustion oscillations, or thermal damage of combustor parts could frequently occur. In the present study, to apply for the analysis of such unfavorable phenomena, three-dimensional CFD investigations are carried out to compare the detailed flow characteristics and temperature distribution inside the gas turbine combustor before and after combustion mode changeover. The fuel considered here is pure methane gas. A standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model with wall function and a P-N type radiation heat transfer model, have been utilized. To analyze the complex geometric effects of combustor parts on combustion characteristics, fuel nozzles, a swirl vane f3r fuel-air mixing, and cooling air holes on the combustor liner wall, are included in this simulation.

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FDF를 이용한 메탄 희박 예혼합 연소기의 비선형 열음향학적 불안정성 해석 (FDF-based analysis of nonlinear combustion instability in the lean premixed combustor)

  • 오승택;신영준;김용모
    • 한국연소학회:학술대회논문집
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    • 한국연소학회 2015년도 제51회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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    • pp.115-116
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    • 2015
  • In the present approach, the flame-acoustics interaction is represented by FDF (Flame Describing Function) which is a important source term in the Helmholtz' equation. In this study, the combustion instability is analyzed by the forced mode strategy with the measured FDF. Numerical results indicate that the present approach reasonably well predicts the essential features of the combustion instability characteristics in the lean premixed combustor under the gas-turbine like environment.

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혼합기의 유동과 점화특성이 기관성능에 미치는 영향 (Effects of Mixture Flow and Ignition Characteristics on the Engine Performance)

  • 이중순;김진영;정성식;하종률;배충식
    • 한국자동차공학회논문집
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    • 제6권5호
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    • pp.37-44
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    • 1998
  • Lean burn combustion is an important concept for improving the fuel consumption and exhaust emissions. However, the lean burning is associated with increased cycle-to-cycle combustion variations due to the ignition instabilities and redu- ced flame propagation rates. Engine stability under lean mixture conditions could be improved by increasing flame speed through enhanced flow characteristics and by securing ignitability with improvement of ignition systems. The effects of flow motion and ignition characteristics on the combustion performances were investigated in a 4-valve SI engine. Flow motions of tumble-swirl were varied with a swirl control valve attached at the inlet ports, while ignition energy and its distribution were controlled in a high -frequency ignition system by changing spark duration and spark frequency. The improvement of lean burn performance by the optimum flow motion and ignition characteristics is discussed.

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네트워크 모델을 이용한 환형 가스터빈 연소기에서의 연소불안정 해석 (Combustion Instability Analysis Using Network Model in an Annular Gas Turbine Combustor)

  • 표영민;윤명곤;김대식
    • 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.

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일점연료분사시스템의 연료분사밸브로서 2유체 분사밸브의 이용 (The application of twin-fluid atomizer to single point injection system)

  • 전홍신
    • 오토저널
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    • 제10권5호
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    • pp.24-32
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    • 1988
  • 본 고에서는 일점연료분사시스템의 문제점을 해결하는 방안 및 장래 유망하다고 보여지는 희박혼합기상태에서 연소상태의 개선을 목적으로, 연료분사밸브로서 미립화특성이 좋은 2유체 분사밸브를 사용하기 위하여 기술하고자 한다.

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저 NOx 희박연소기의 주연소영역에서의 연소특성 연구 (The Combustion Characteristics at Primary Zone of Lean Premixed low NOx Combustor)

  • 임암호;안국영;김한석;김용모
    • 대한기계학회:학술대회논문집
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    • 대한기계학회 2003년도 추계학술대회
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    • pp.314-319
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    • 2003
  • The concept of lean-premixed combustion in gas turbine combustor operation has become a standard in recent years as an effective means to meet stringent enviromental standards on NOx emissions. The combustion characteristics of 75 kW class lean premixed combustor were investigated at the conditions of high temperature and ambient pressure. The exit temperature and emissions of CO and NOx were measured at the center of exit plane. The high temperature air of $550K{\sim}650K$ was supplied through air preheater. As expected, experimental results indicate that NOx emission was increased and CO emission was decreased by increasing inlet air temperature. But CO emission measured at the center of exit plane was increased because of the non-uniform radial direction profiles. The Semi-Empirical Correlation method was applied to obtain the design point emissions of NOx and CO. Also the flame temperature, CO and NOx emissions were measured along the centerline of liner at 650K inlet air temperature to determine the position of dilution holes.

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성층화 혼합기 연소 모델링을 위한 프로판 및 이소옥탄 연료의 층류 화염 속도 (Laminar Burning Velocities of Propane and Iso-Octane Fuels for Stratified Charged Combustion Modeling)

  • 배상수;김용태;임재만;민경덕
    • 대한기계학회:학술대회논문집
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    • 대한기계학회 2000년도 추계학술대회논문집B
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    • pp.704-709
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    • 2000
  • Laminar burning velocities of propane- and iso-octane-air mixtures have been numerically modelled over a wide range of equivalence ratio, pressure and temperature. These correlations are applicable to the modelling of stratified charged combustion like that of lean bum and GDI engine combustion. The numerical models are based on the results calculated by PREMIX code with Sloane's detailed chemical reaction mechanism for propane and FlameMaster code with Peters' for iso-octane. Laminar burning velocity for two fuels showed a pressure and temperature dependence in the following form, in the range of $0.1{\sim}4MPa$, and $300{\sim}1000K$, respectively. $S_L={\alpha}\;{\exp}[-\xi({\phi}-{\phi}_m)^2-{\exp}\{-{\xi}({\phi}-{\phi}_m)\}-{\xi}({\phi}-{\phi}_m)]$ where ${\phi}_m=1.07$, and both of ${\alpha}$ and ${\xi}$ are functions of pressure and temperature. Compared with the results of the existing models, those of the present one showed the good agreement of the recent experiment data, especially in the range of lean and rich sides. Judging from the calculated results of the stratified charged combustion by using STAR-CD, the above modelling prove to be more suitable than the other ones.

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모형 가스터빈 연소기에서 희박 예혼합 화염의 연소 특성 및 유동 해석에 관한 연구 (A Study on Combustion Characteristics and Flow Analysis of a Lean Premixed Flame in Lab-Scale Gas Turbine Combustor)

  • 유혜연;김규보;전충환;장영준
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제32권8호
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    • pp.574-581
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    • 2008
  • The characteristics of combustion and flow for a lean premixed flame in lab-scale gas turbine combustor was studied through experiment and numerical analysis. From the experiment, flame structure and heat release rate were obtained from OH emission spectroscopy. Qualitative comparisons were made line-integrated OH chemiluminescence image and abel-transformed one. NOx analyzer was implemented to get the characteristic of NOx exhaust from the combustor. From the numerical analysis, the thermal distribution and characteristic of recirculation zone with the change of fuel-air mixing degree, the characteristic of methane distribution with equivalence ratio in the combustor respectively. Total heat release rate is increased with increasing equivalence ratio. Thermal Nox is reduced with increasing fuel-air mixing degree. Increasing equivalence ratio results in the decrease of the size of reaction zone and alteration of the position of the reaction zone into the entrance of the combustor.

불안정 가스 터빈 연소기에서 부분 예혼합이 화염구조와 NOx 배출 특성에 미치는 영향 (Effects of Partial Premixing on Flame Structure and NOx Emission Characteristics in an Unstable Gas Turbine Combustor)

  • 이재호;이종호;김시현;장영준;전충환
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2005년도 제25회 추계학술대회논문집
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    • pp.437-444
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    • 2005
  • 본 연구는 연료-공기 혼합정도가 불안정 화염 구조와 NOx 배출 특성에 미치는 영향을 조사하기 위해 대기압, 모형 가스 터빈 연소기에서 실험을 수행하였다. 선회각은 $45^{\circ}$이며, 연료-공기 혼합정도는 당량비 0.53에서 0.79 범위에서 0, 50, 100%로 변화시켰다. 화염구조를 파악하기 위해, 당량비 0.79에서 ICCD를 사용하여 위상 동기화된 OH 자발광 이미지를 취득하였다. NOx 배출은 각 상기 실험조건에서 NOx 분석기를 이용하여 취득하였다. 위상에 대한 $OH^*$ 이미지를 취득함으로써 연료-공기 혼합정도가 화염의 구조에 미치는 영향을 확인할 수 있었다. 또한 국소 열방출의 특성을 통해, 연료-공기 혼합정도에 따른 연소불안정이 발생하거나 소멸되는 영역에 대한 정보를 얻을 수 있었으며, 혼합정도에 따른 NOx 농도를 측정함으로써 희박 연소 영역에서는 $\sigma$가 커질수록 NOx 발생이 적음을 확인할 수 있었다. 이런 결과들은 연소불안정 현상의 메카니즘을 이해하는데 중요한 기초자료로 사용될 것으로 기대된다.

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