• 대한기계학회논문집B
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• 제32권9호
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• pp.659-668
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• 2008

Combustion instability has been considered as very important issue for developing gas turbine and rocket engine. There is a need for fundamental understanding of combustion instability. In this study, combustion instability was numerically and experimentally investigated in a dump combustor with bluff body. The fuel and air mixture had overall equivalence ratio of 0.9 and was injected toward dump combustor. The pressure oscillation with approximately 256Hz was experimentally obtained. For numerical simulation, the standard k-$\varepsilon$ model was used for turbulence and the hybrid combustion model (eddy dissipation model and kinetically controlled model) was applied. After calculating steady solution, unsteady calculation was performed with forcing small perturbation on initial that solution. Pressure amplitude and frequency measured by pressure sensor is nearly the same as those predicted by numerical simulation. Furthermore, it is clear that a combustion instability involving vortex shedding is affected by acoustic-vortex-combustion interaction. The phase difference between the pressure and velocity is $\pi$/2, and that between the pressure and heat release rate is in excitation range described by Rayleigh, which is obvious that combustion instability for the bluff body combustor meets thermoacoustic instability criterion.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회B
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• pp.1967-1972
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• 2008

Reburning is an efficient combustion technology to reduce nitrogen oxide by injecting hydro-carbon fuel to the downstream of the main combustion. In this paper LPG has been used not only as main fuel but also as reburn fuel and air was used as an oxidizer with 15kW swirl burner. Experimental studies have been done to evaluate effect of reburning for NOx reduction. Also to examine the effect of the amount of burnout air for complete combustion by reburn fuel on NOx reduction, test was conducted by reducing the amount of burnout air. Computational fluid dynamic (CFD) simulation was performed using the commercial CFD code FLUENT 6.3 to simulate experimental results and investigate the thermo-chemical characteristics. An evaluation of reaction models for swirl burner has been carried out for propane-air with two step finite-rate eddy-dissipation model in FLUENT.

• 한국연소학회지
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• 제4권1호
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• pp.1-15
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• 1999

In order to analyze the sensitivity on the pulverized coal flames of the several variables, a numerical study was conducted at the gasification process. Eulerian approach is used for the gas phase, whereas lagrangian approach is used for the solid phase. Turbulence is modeled using the standard $k-{\varepsilon}$ model. The turbulent combustion incorporates eddy dissipation model. The radiation was solved using a Monte-Carlo method. One-step two-reaction model was employed for the devolatilization of Kideco coal. In pulverized flame of long liftoff height, the initial turbulent intensity seriously affects the position of flame front. The radiation heat transfer and wall heat loss ratio distort the temperature distributions along the reactor wall, but do not influence the reactor performance such as coal conversion, residence time and flame front position. The primary/secondary momentum ratio affects the position of flame front, but the coal burnout is only slightly influenced. The momentum ratio is a variable only associated with the flame stabilization such as flame front position. The addition of steam in the reactor has a detrimental effect on all the aspects, particularly reactor temperature and coal burnout.

• 한국항공운항학회지
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• 제31권3호
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• pp.30-41
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• 2023

Aviation turbulence, caused by atmospheric eddies, is a disruptive phenomenon that leads to abrupt aircraft movements during flight. To minimize the damages caused by such aviation turbulence, the Aviation Meteorological Office provides turbulence information through the Korea aviation Turbulence Guidance (KTG) and the Global-Korean aviation Turbulence Guidance (GKTG). In this study, we evaluated the performance of the KTG and GKTG models by comparing the in-situ EDR observation data and the generated aviation turbulence prediction data collected from the mid-level Korean Peninsula region from January 2019 to December 2021. Through objective validation, we confirmed the level of prediction performance and proposed improvement measures based on it. As a result of the improvements, the KTG model showed minimal difference in performance before and after the changes, while the GKTG model exhibited an increase of TSS after the improvements.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2003년도 제20회 춘계학술대회 논문집
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• pp.244-245
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• 2003

고체나 액체 추진로켓에 비하여 하이브리드 추진 시스템은 작동조건의 안정성과 안전함등의 많은 장점을 가지고 있다. HTPB와 같은 고체연료는 제작 및 저장, 운송 그리고 장착상의 안정성을 가지고 있으며 하이브리드 로켓의 고체연료로의 산화제의 유입을 제어하면서 추력의 변화와 엔진내부의 연소중단과 재 점화를 용이하게 할 수 있다. 이러한 이유로 인하여 하이브리드 엔진은 좀 더 경제적인 장치로 기대를 모으고 있다. 그러나, 기존의 하이브리드 로켓 엔진은 고체 추진 로켓에 비하여 낮은 연료 regression 율과 연소효율을 가지는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하고 요구되어지는 추력값과 연료유량을 증가시키기 위하여 고체연료의 표면적을 증가시킬 필요가 있다. 기존의 하이브리드 엔진에서는 연료 그레인에 다수의 연소포트를 만들어 표면적을 증가시켰으나 이는 비 활용 공간의 증가와 추진제의 질량 및 체적분율의 상당한 감소를 초래한다. 지난 수십년간에 걸쳐 하이브리드 엔진에서 연료의 regression 특성 및 엔진 성능 향상을 위한 연구가 계속되어 왔으며 최근에 엔진의 체적 규제를 경감시키고 연료의 regression율을 향상시키기 위하여 선회유동을 이용하는 하이브리드 로켓 엔진들이 제안되고 있다. 이러한 선회유동을 가지는 하이브리드 로켓은 고체연료 그레인에 대하여 평행하게 유입되는 기존의 하이브리드 로켓에 비하여 고체연료 벽면에서의 대류열전달이 현저하게 증가하게 되어 아주 높은 고체연료의 regression율을 얻을 수 있는 이점이 있다. 선회유동 하이브리드 로켓의 연소과정은 고체 연료의 열분해과정, 대류 열전달, 난류 혼합, 난류와 화학반응의 상호작용, soot의 생성 및 산화과정, soot 입자 및 연소가스에 의한 복사 열전달, 연소장과 음향장의 상호작용 등의 복잡한 물리적 과정을 포함하고 있다. 이러한 물리적 과정 중 난류연소, 고체연료 벽면 근방에서의 대류 열전달 및 연소과정에서 생성되는 soot 입자로부터의 복사 열전달, 그리고 고체연료 열 분해시 표면반응들은 고체연료의 regression율에 큰 영향을 미친다. 특히 고체연료의 난류화염면의 위치와 폭, 그리고 비 예혼합 난류화염장에서 생성되는 soot의 체적분율의 예측은 난류연소모델, 열전달 모델, 그리고 regression율 모델에 의해 크게 영향을 받기 때문에 수치모델의 예측 능력 향상시키기 위하여 이러한 물리적 과정을 정확히 모델링해야 할 필요가 있다. 특히 vortex hybrid rocket내의 난류연소과정은 아래와 같은 Laminar Flamelet Model에 의해 모델링 하였다. 상세 화학반응 과정을 고려한 혼합분율 공간에서의 화염편의 화학종 및 에너지 보존 방정식은 다음과 같다. 화염편 방정식과 혼합분률과 scalar dissipation rate의 관계식을 이용하여 혼합분률과 scalar dissipation rate에 따른 모든 reactive scalar들을 구하게 된다. 이러한 화염편 방정식들을 mixture fraction space에서 이산화시켜서 얻은 비선형 대수방정식은 TWOPNT(Grcar, 1992)로 계산돼 flamelet Library에 저장되게 된다. 저장된 laminar flamelet library를 이용하여 난류화염장의 열역학 상태량 평균치는 presumed PDF approach에 의해 구해진다. 본 연구에서는 강한 선회유동을 가지는 Hybrid Rocket 연소장내의 난류와 화학반응의 상호작용을 분석하기 위하여 Laminar Flamelet Model, 화학평형모델, 그리고 Eddy Dissipation Model을 이용한 수치해석결과를 체계적으로 비교하였다. 또한 Laminar Flamelet Model과 state-of-art 물리모델들을 이용하여 선회 유동을 갖는 하이브리드 로켓 엔진의 연소 및 Soot 생성 및 산화과정을 살펴보았으며 복사 열전달이 고체 연료 표면의 regression율에 미치는 영향도 살펴보았다. 특히 swirl강도, 산화제의 유입위치 그리고 선회유동의 형성방식이 하이브리드 로켓의 연소특성 및 regression rate에 미치는 영향을 상세히 해석하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제53권1호
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• pp.1-13
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• 2020

높은 레이놀즈수를 갖는 공학적인 흐름을 예측하는 가장 일반적인 방법은 여전히 벽함수를 이용하는 난류모형에 근거한 RANS 수치모의이다. 최근 벽근처의 점성영역 관계식과 벽에서 떨어진 대수영역 관계식을 혼합하여 개발된 일반화된 벽함수들은 두 영역사이의 난류량과 유속이 부드럽게 천이하도록 한다. 이 연구는 난류운동에너지(TKE), 에너지 소산율, 비소산율, 와점성에 대해서 적용 가능한 벽함수들을 조합하여 일련을 수치 모의를 수행하여 널리 이용되고 있는 난류모형들의 성능과 수렴 특성을 분석하였다. 이 연구 결과는 RNG k-𝜖 모형의 경우 첫번째 계산격자가 완충층에 놓이게 될 때는 반복 계산시 작은 허용오차를 이용하여 주의 깊게 적용을 하여야 안정된 해를 구할 수 있음을 보여준다. 표준 k-𝜖과 RNG k-𝜖 모형은 TKE와 와점성에 대해서 적용 가능한 벽함수들 중 어느 것을 선택하여 적용하더라도 수치모의 결과가 민감하게 반응하지 않는 것으로 나타났다. 한편, k-ω SST 모형의 경우 TKE에 대해서는 kL-벽함수 그리고 와점성에 대해서는 nutUB-벽함수를 이용하여야 정확하고 안정된 경계 조건 설정을 보장할 수 있다. 레이놀즈수 155,000조건에서 적용한 후방계산흐름 수치모의 결과 격자 해상도에 상관없이 약 13% 정도 재부착 거리를 과소평가하는 모형을 제외하고 나머지 적용한 난류모형들 모두 적절히 세밀한 해상도의 격자에서 양호하게 재부착거리를 잘 예측하는 것으로 나타났다.

• 한국연소학회지
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• 제20권3호
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• pp.35-42
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• 2015

Investigating coal combustion in a large-scale boiler using computational fluid dynamics (CFD) requires a combination of flow and reaction models. These models include a number of rate constants which are often difficult to determine or validate for particular coals or furnaces. Nonetheless, CFD plays an important role in developing new combustion technologies and improving the operation. In this study, the model selection and rate constants for coal devolatilization, char conversion, and turbulent reaction were evaluated for a commercial wall-firing boiler. The influence of devolatilization and char reaction models was found not significant on the overall temperature distribution and heat transfer rate. However, the difference in the flame shapes near the burners were noticeable. Compared to the coal conversion models, the rate constant used for the eddy dissipation rate of gaseous reactions had a larger influence on the temperature and heat transfer rate. Based on the operation data, a value for the rate constant was recommended.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제37권3호
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• pp.265-272
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• 2005

Severe accidents in nuclear power plants can cause hydrogen-generating chemical reactions, which create the danger of hydrogen combustion and thus threaten containment integrity. For containment analyses, a three-dimensional mechanistic code, GOTHIC-3D has been applied near source compartments to predict whether or not highly reactive gas mixtures can form during an accident with the hydrogen mitigation system working. To assess the code applicability to hydrogen combustion analysis, this paper presents the numerical calculation results of GOTHIC-3D for various hydrogen combustion experiments, including FLAME, LSVCTF, and SNU-2D. In this study, a technical base for the modeling oflarge- and small-scale facilities was introduced through sensitivity studies on cell size and bum modeling parameters. Use of a turbulent bum option of the eddy dissipation concept enabled scale-free applications. Lowering the bum parameter values for the flame thickness and the bum temperature limit resulted in a larger flame velocity. When applied to hydrogen combustion analysis, this study revealed that the GOTHIC-3D code is generally able to predict the combustion phenomena with its default bum modeling parameters for large-scale facilities. However, the code needs further modifications of its bum modeling parameters to be applied to either small-scale facilities or extremely fast transients.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제24권6호
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• pp.28-33
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• 2010

본 연구는 전산유체역학기법을 통해 화재유동을 수치적으로 모델링하고 화재발열량계 내부의 유동특성과 발열량 측정의 불확실성에 영향을 미치는 주요 측정인자들의 특성을 파악하고자 한다. 수치해석에 이용된 프로그램은 ANSYS사의 CFX 12.1이고 에디소산모델과 P-1 근사법을 적용하여 연소반응과 복사열전달을 해석한다. 수치해석결과 $90^{\circ}$ 곡관이 적용된 배기덕트의 경우 측정면에서 상대적으로 비대칭성이 높은 유동분포를 보였으며 속도장의 편차가 온도나 농도장의 편차에 비해 상대적으로 높게 나타났다. 이러한 연구를 통해 신뢰성 높은 화재발열량계의 구축을 위한 설계과정을 최적화하고 효율적인 시스템 운영을 위한 기초자료를 제공한다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제25권11호
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• pp.1594-1605
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• 2001

In this study, a numerical simulation was developed which was capable of predicting the characteristics of NO formation in pilot scale combustor adopting the air-staged burner flame. The numerical calculation was constructed by means of establishing the mathematical models fur turbulence, turbulent combustion, radiation and turbulent nitric oxide chemistry. Turbulence was solved with standard k-$\xi$ model and the turbulent combustion model was incorporated using a two step reaction scheme together with an eddy dissipation model. The radiative transfer equation was calculated by means of the discrete ordinates method with the weighted sum of gray gases model for CO$_2$and H$_2$O. In the NO chemistry model, the chemical reaction rates for thermal and prompt NO were statistically averaged using the $\beta$ probability density function. The results were validated by comparison with measurements. For the experiment, a 0.2 MW pilot multi-air staged burner has been designed and fabricated. Only when the radiation was taken into account, the predicted gas temperature was in good agreement with the experimental one, which meant that the inclusion of radiation was indispensable for modeling multi-air staged gas flame. This was also true of the prediction of the NO formation, since it heavily depended on temperature. Subsequently, it was found that the multi-air staged combustion technique might be used as a practical tool in reducing the NO formation by controlling the peak flame temperature.