• 한국가스학회지
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• 제27권4호
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• pp.85-91
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• 2023

본 연구에서는 GT24 가스터빈의 1단 연소기인 EV버너를 대상으로 수소연료 혼소에 대한 화염거동, 연소 진동 및 NOx 배출 특성에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 수소 혼소율이 증가할수록 NOx 배출 농도가 증가하는 결과를 확인하였다. 이러한 변화는 연료 밀도 변화로 인한 침투깊이 변화, 화염전파속도 증가에 따른 화염위치 변화에 기인한 연료 혼합도 감소와 연소진동으로 인한 시간적 혼합도 섭동 영향이 복합적으로 작용한 결과로 판단되었다. 1.3~3.1bar 범위의 가압 시험을 통해 고압 운전 조건의 NOx 배출 특성을 예측하고 이를 토대로 천연가스용 EV 버너의 수소혼소 한계를 평가하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권2호
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• pp.161-170
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• 2013

Double cone 버너를 장착한 스월 예혼합 연소기에 대한 유동 및 연소 특성을 분석하여 swirler 모델을 이용한 수치적 모델링 방법을 제시하였다. 버너 출구에서 형성되는 내부 재순환 영역을 근사적으로 구현하도록 swiler의 내 외경을 각각 56 mm, 152 mm로 결정하였으며 이를 토대로 유량, 반경 반향 속도를 결정하였다. 접선 방향 속도의 설정을 위해 swirl 각도와 재순환 각도를 도입하였으며 40 m/s인 경우 유사한 내부 재순환 영역이 형성되었다. 라이너 출구에서 온도와 속도의 오차는 각각 2.8%, 0%로 작았지만, NOx의 경우 67% 가량 감소한 결과를 보였다. Swirler 모델은 EV 버너의 유동 및 연소 특성을 근사적으로 모사하는 모델의 하나로서 정량적 평가 인자에서 오차를 보이지만, 유동 및 화염, NOx 형성 영역의 경향성이 유사하므로 swirler 모델을 채택하여 복잡한 형상의 발전용 가스터빈 연소기의 효율적인 수치해석이 타당할 것으로 판단된다.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2014년도 제49회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.237-238
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• 2014

A correlation between an air inflow velocity and $NO_x$ emission is investigated numerically. The area of a swirl premixed burner is controlled geometrically to increase or decrease an air inflow velocity. When an air velocity increases, mixedness at the burner exit is improved and NO emission at the liner exit is reduced. Although the area of an air slit is the same, NO emission shows discrepancy due to difference of air slit shapes.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2012년도 제45회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.133-135
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• 2012

This study presents the prediction of NOx and mixing characteristics with several chemical reaction mechanisms of methane in EV burner of double cone. Experimental results are compared with numerical results for validation. Mixing characteristics are analyzed at monitoring points based on the modified unmixedness. The mixing characteristics were improved in a certain case, the lance injection case. In 1-step reaction case, inside of the cone, flame was formed and lots of NOx was generated because the fuel injected from the lance was overestimated. In 2-step reaction case, numerical results showed a good agreement with experimental results in a qualitative manner.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권10호
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• pp.911-918
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• 2013

Double cone 버너를 장착한 가스터빈용 EV (Environmental Vortex)버너의 연소 특성과 NO 배출 특성을 수치적으로 조사하였다. NO 배출 저감을 위해 연료와 공기의 혼합 특성을 예측하였다. 혼합도와 NO 배출과의 상관관계를 예측하기 위해 메탄 1단계 화학반응식과 2단계 반응식에 적용하여 연소 해석을 수행하였다. 1단계 반응식을 적용한 결과, 혼합도가 저하된 모델에서 NO 배출량이 약 2% 증가하였으며, 혼합도가 향상된 모델의 경우 cone 상부에서 과다한 고온의 화염 영역이 형성되어 NO가 약 169%나 증가하였다. 2단계 반응식의 경우 첫 번째 모델에서 약 3% NO 배출량이 증가하였으며, 두 번째 모델에서 cone 내부의 고온 영역이 형성되지 않고 NO가 약 5% 감소하였다. 이 결과는, 혼합 특성이 저감된 모델에서 NO가 약 63% 증가하였고, 혼합 특성이 향상된 모델에서 NO가 약 11% 감소한 실험결과와 잘 부합하였다. 정량적인 오차가 있음에도, NO 배출의 정성적 경향성이 유사하므로 2단계 반응식을 적용한 수치해석을 통해 설계 변경 방안을 제시하는 것은 타당할 것으로 판단된다.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제19권9호
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• pp.1811-1820
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• 2005

Thermo-acoustic instability of methane/ air flames in an industrial gas-turbine combustor is numerically investigated adopting CFD analysis. The combustor has 37 EV burners through which methane and air are mixed and then injected into the chamber. First, steady fuel! air mixing and flow characteristics established by the burner are investigated by numerical analysis with single burner. And then, based on information on the flow data, the burners are modeled numerically via equivalent swirlers, which facilitates the numerical analysis with the whole combustion system including the chamber and numerous burners. Finally, reactive flow fields within the chamber are investigated numerically by unsteady analysis and thereby, spontaneous instability is simulated. Based on the numerical results, scaling analysis is conducted to find out the instability mechanism in the combustor and the passive control method to suppress the instability is proposed and verified numerically.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권1호
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• pp.103-110
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• 2012

EV double cone 버너를 장착한 스월 예혼합 연소기를 대상으로 LES 수치기법을 적용하여 연소기내의 유동 현상과 연료/공기 혼합, 화염 거동에 대해 조사하였고, 공연비와 압력 변화에 따른 NOx, CO 농도 변화를 예측하였다. 버너에서 발생한 강한 스월로 인해 재순환 영역이 발생하였으며, 희박 예혼합 화염은 버너 출구부터 형성되어 0.2 m 이내에 존재하는 것으로 나타났다. 상압, 공연비 38.7인 해석 조건에서 NOx 발생량은 연소기 출구에서 0.59 ppm으로 예측되었고, CO는 화염면에서 다량 생성되나 출구로 갈수록 급격히 산화되어 출구에서 5.25 ppm으로 낮게 예측되었다. 또한, NOx 배출량은 공연비가 높아질수록, 압력이 감소할수록 줄어드는 것으로 나타났다. 설계 변경을 통해 다양한 연료 공급 형태에서의 NOx 배출 특성을 조사하였으며, 5 lance-hole 분사의 경우 가장 적은 NOx 배출 특성을 보였다.