Ha Seong-Up;Jung Young-Seok;Kim Hui-Tae;Han SangYeop;Cho Gwang-Rae
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.8
no.4
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pp.91-101
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2004
With the mathematic linear model of a combustor which consists of a combustion chamber and injectors, the analysis of low frequency dynamic characteristics of a liquld-propellant rocket engine combustor was performed. Propellant mass flowrate was varied by combustion chamber pressure feedback, therefore low frequency oscillation was appeared. Increasing the time constant of a combustion chamber and injector pressure differences and decreasing combustion time delay increased the combustor system stability. The variation of injector time constant little affected stability. The system was always stable, when there was no combustion time delay. Increasing combustion time delay decreased oscillation frequency and damping ratio, and the system eventually became unstable.
Dynamic characteristics of combustion occurring in various combustion devices have been extensively studied since most of high-performance combustion devices are susceptible to hazardous, unstable combustion that deteriorates combustor's lifetime. One of the most severe unstable combustion phenomena is high-frequency combustion instability in which heat release fluctuations from combustion are coupled to resonant modes of the combustor. Here in this study, characteristics of high-frequency combustion instabilities observed in three different combustion devices have been presented. Lean-premixed combustion instability occurs mainly due to equivalence ratio fluctuations which induce large heat release oscillations at lean conditions. Liquid-fueled combustion also shows high-frequency instability from energy coupling between pressure and heat release oscillations.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.11
no.1
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pp.11-17
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2007
Effects of combustion chamber design on combustion stability characteristics of a full-scale gas generator were studied experimentally. Thirty seven double-swirl injectors with recess number of 1.5 were distributed in the injector head, which significantly influences combustion performance. The characteristics of combustion stability were inspected by the parametric variations such as changing length and diameter of the combustion chamber and installing a turbulence ring. The experimental result shows that as the effective length of the combustion chamber decreased, an instability frequency took place in a high-frequency region, and the amplitude of the dynamic pressure generally diminished and could be reduced to the unharmful level. However, the dynamic pressure fluctuation in the region of longitudinal resonant frequency could not be suppressed perfectly.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.23
no.6
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pp.28-38
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2019
To investigate the relation between flame structure and combustion dynamic characteristics in bi-swirl coaxial injectors for a liquid rocket engine, combustion experiments were performed using gaseous methane and gaseous oxygen. CH* radicals and pressure fluctuations were simultaneously measured by changing the injector geometries such as recess length/orifice diameter and the flow conditions such as equivalence ratio/oxidizer mass flow rate. As the injector geometries affected the velocities and mixing of the propellants, the change in flame structures was observed. From a result of the frequency analysis, it was confirmed that combustion dynamic characteristics varied according to the injector geometry/flow condition and combustion instabilities could occur under specific recess length/flow conditions.
Kim, Min-Ki;Yoon, Ji-Su;Hwang, Jeong-Jae;Yoon, Young-Bin
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.11a
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pp.187-199
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2011
The main objective of this study was investigation of natural gas flames in a lean premixed swirl-stabilized dump combustor with an attention focused on the effect of the various fuel-air mixing section geometry on the combustion instability characteristics. The multi-channel dynamic pressure transducers were located on the combustor and inlet mixing section region to observe combustion pressure oscillation and difference phase at each dynamic pressure measurement results. Dynamic pressures were also measured to investigate characteristics of combustion at the same time. The combustor and mixing section length was varied in order to have different acoustic resonance characteristics from 800 to 1800 mm in combustor and 470, 550, 870 mm in mixing section. We observed two dominant instability frequencies in this study. Lower frequencies were obtained at lower equivalence ratio region and it was associated with a fundamental longitudinal mode of combustor length. Higher frequencies were observed in higher equivalence ratio conditions. It was related to secondary longitudinal mode of coupled with the combustor and mixing section. In this instability characteristics, pressure oscillation of mixing section part was larger than pressure oscillation of combustor. As a result, combustion instability was strongly affected by acoustic characteristics of combustor and mixing section geometry.
The objective of the present study is to conduct model combustion tests for various injectors to identify their combustion stability characteristics. Three different double swirl coaxial injectors with variation of a recess length have been tested for the comparative study of CH flame structure and dynamic characteristics. Gaseous oxygen and mixture of gaseous methane and propane have been employed for simulating actual propellants used for a full-scale thrust chamber. Upon test results, the direct comparison between various types of injectors can be realized for the selection of the best design among prospective injectors.
Kumar, P. Pradeep;Choi, Jeong-Yeol;Son, Jinwoo;Sohn, Chae Hoon
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.21
no.2
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pp.9-17
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2017
Dynamic mode decomposition (DMD) method was applied for the further study of periodical characteristics of the unsteady shock-induced combustion. The case of Lehr's experiments was numerically simulated using 4 levels of grids. FFT result reveals that almost all the grid systems oscillate at frequencies around 430-435 kHz and the measureed one is around 425 kHz. To identify more resonant modes with low frequencies, DMD method is adopted for 4 grid systems. Several major frequencies are extracted and their damping coefficients are calculated at the same time, which is a quantification parameter for combustion stabilization.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2006.05a
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pp.171-176
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2006
An experimental study on a fuel-rich gas generator was carried out. Thirty seven double-swirl injectors with recess number of 1.5 were distributed and installed in the injector head, which significantly influences the combustion performance. In the paper, the characteristics of combustion stability are inspected by the parametric varations such as changing length and diameter of a combustion chamber and installing a turbulence ring. The experimental results show that as a resonant frequency took place in a high region, the amplitude of the dynamic pressure generally diminished, however, the combustion instability could not be suppressed perfectly.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.125-130
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2004
Experimental study on combustion characteristics of double swirl coaxial injectors has been conducted for the assessment of critical injector design parameters. A reusable, unielement thrust chamber has been fabricated with a water-cooled copper nozzle. Two principle design parameters, a swirl angle and a recess length, have been investigated through hot firing tests for the understanding of their effects on high pressure combustion. Clearly, both parameters considerably affect the combustion efficiency, dynamics and hydraulic characteristics of an injector. Internal mixing of propellants in a recess region increases combustion efficiency along with the increase of a pressure drop required for flowing the same amount of mass flow rates. It is concluded that pressure buildup due to flame can be released by the increase of LOx flow axial momentum or the reduction of a recess length. Dynamic pressure measurements of the thrust chamber show varied dynamic behaviors depending on injector configurations.
It is important to study on the combustion instability to develop liquid rocket engines for preventing lower combustion efficiency and destruction of combustion chamber. There are many researches on simplex injector with liquid pulsation to solve this problem. In real rocket engine system, however, they use coaxial injectors. Therefore, research on coaxial injector with liquid pulsation is essential. In this study, we investigate dynamic characteristics of gas centered swirl coaxial injector varying tangential inlet diameter. A mechanical pulsator was used to generate an excitation in the liquid flow, and the response characteristics of the injector were confirmed. As tangential inlet diameter increased, mass flow rates increased and spray angle decreased. As tangential inlet diamter decreased, gain decreased because the pressure fluctuation in the injector manifold rarely passed through the inlet. Additionally, it was confirmed that a sufficiently small tangential inlet served as a damper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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