The optimization of frontal device including fuel nozzle and swirler is required to secure the mixing of fuel and air and the combustion stability leading the reduction of pollutant emissions and the increase of combustion efficiency in gas turbine combustor. The effects of injection nozzle and swirler on the flow field, spray characteristics and consequently the combustion stability, were experimentally investigated by measuring the velocity field, droplet sizes of fuel spray, lean combustion limit and the temperature field in the main combustion region. Flow fields and spray characteristics were measured with APV(Adaptive Phase Doppler Velocimetry) under atmospheric condition using kerosine fuel. Temperatures were measured by Pt-Pt13%Rh, R-type thermocouple which was 0.2mm thick. Spray and flame was visualized by ICCD(Intensified Charge Coupled Device) camera. It was found that the dual swirler resulted in the biggest recirculation zone with the highest reverse flow velocity at the central region, which lead the most stable combustion. The various combustion characteristics were observed as a function of the geometries of injector and swirler, that gave a tip for the better design of gas turbine combustor.
A program for analyzing the transient behaviors of industrial gas turbines was developed. Each component (compressor, combustor, turbine and ducts)of gas turbine is modeled as a fully module to enhance the expandability of the program. We used object-oriented programing for this purpose. The mass and energy balance equations are solved numerically by Multivariable Newton Raphson method. The characteristic maps for the compressor and turbine were used for predicting the performance of a gas turbine engine. Combustion in the combustor is assumed to be complete combustion. PID control is used to maintain constant rotational speed and turbine exhaust temperature by the control of the fuel flow rate and the changing of the compressor inlet guide vane angle at the same time. It was confirmed that stable control of the gas turbine was possible, even for a rapid load change.
Coal-derived syngas has been utilized by main fuel at IGCC power plant. Research efforts for investigating the characteristics of premixed and nonpremixed flames at gas-turbine condition have been conducted. The present study has been mainly motivated to evaluate the capability of the detailed chemical kinetics to predict the syngas laminar flame speed. Special emphasis is given to the effects of pressure, temperature, syngas composition, and dilution level on the characteristics of premixed and nonpremixed flames. The predicative capability of a number of detailed mechanism for laminar flame speed is compared to experimental data. From these results, detailed kinetics of Davis et al. and Li et al. have the best conformity with the experiments in the all the case of parametric studies.
A 3D FEM (Finite Element Method) based Helmholtz solver has been commonly used to characterize fundamental acoustic behavior and investigate dynamic instability features in many combustion systems. In this approach, a geometrical simplification of the target system has been generally made in order to reduce computational time and cost because a real combustor and fuel nozzle have a very complicated flow passage. The feasibility of these simplifications is quantitatively investigated in a small aero gas turbine nozzle in term of acoustic characteristics. It is found that the simplification in a nozzle geometry during the 3D FEM analysis process has no great influence on the acoustic modeling results, while the calculation complexity can be improved for a similar modeling accuracy.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.25
no.2
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pp.12-23
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2021
In this study, the combustion instability characteristics of low-swirl injector and high-swirl injector is compared by model gas turbine combustor. To compare of unstable behavior in high-swirl injector and low-swirl injector, we performed lots of measurement of combustion instability, with variable of equivalence ratio, combustor length and injector type. The results shown that longitudinal instability occur dominantly in model gas turbine combustor. In addition, it was found that high-swirl injector has more wide range of unstable regime than low-swirl injector. The blockage ratio what one of a parameter in low-swirl injector has not much effected in aspects of overall combustor behavior. Also, revealed that combustion instability occurred in the same combustor length has same properties, regardless of the injector type.
In this study, I discussed a way of the improved operation criteria to detect combustion instability in advance F-Class Gas Turbine, which adopts lean pre-mixed combustion system. The data of 16 blades path temperature thermocouple installed radially at the gas Turbine exit were collected to analyze the variation of individual blade path temperature. The cumulative variation in individual blade path temperature for one week under normal combustion conditions was confirmed to be up to 26℃. On the other hand, in the event of combustion instability, the symptoms of increased temperature variations in the individual thermocouple were mostly seen from a few days ago. Based on the results of this study, it is deemed appropriate to inspect and maintain in Ulsan Thermal Power Gas Turbine when the individual blade path temperature exceeds 50℃ of the cumulative variation for 10 days.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.4
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pp.1064-1071
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1994
There are three active radicals which become to the scale of flame diagnostics at the flame front. They are OH, CH and $C_2$ radical. For this, optical measurement system which could monitor simultaneously the luminous waves of three radicals, was constructed. These were analyzed statistically into the cross correlation, coherence and phase. Through such an statistical treatment, combustion characteristics was investigated at the primary zone of gas turbine combustor. The local equivalence ratio was predicted with the ratio of luminuous intensity between CH and $C_2$ radical. This result was matched up to the equivalence ratio calculated from gas composition within 5% error. In general, equivalence ratio was said to be 1.0 at flame front, but it could be increased up to about 1.2 depending on the degree of swirl intensity in case of changing properly the air amount of primary zone.
Jeongjae Hwang;Won June Lee;Kyungwook Min;Do Won Kang;Han Seo Kim;Min Kuk Kim
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.27
no.4
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pp.85-91
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2023
In this study, an experimental study was conducted on the flame behavior, combustion dynamics, and NOx emission characteristics for hydrogen co-firing with the EV burner which is the first stage combustor of GT24. It was confirmed that as the hydrogen co-firing rate increases, the NOx emission increases. This change was elucidate to be the result of a combination of changes in penetration depth due to changes in fuel density, reduction in fuel mixing due to changes in flame position due to increased flame propagation speed, and oscillation of fuel mixedness due to combustion instability. Through pressurization tests in the range of 1.3 to 3.1 bar, NOx emission characteristics under high-pressure operating conditions were predicted, and based on this, the hydrogen co-firing limits of the EV burner was evaluated.
Three dimensional CFD investigations are carried out to understand the complex flow field in a gas turbine combustor with multi-element fuel injectors. The gas turbine considered here is the GE7FA model which has aye fuel injectors in each combustor can and utilizes lean-premixed combustion to meet nitric oxide emission requirements. Detailed three-dimensional flow characteristics and fuel-air mixture formation process inside the fuel nozzle and gas turbine combustor including five swirl nozzle tips are analyzed using commercial FLUENT code.
Gas turbine combustors is critical part due to high temperature operating conditions and the optimization of cooling design is required to avoid combustor failure. In gas turbine combustor, effusion cooling, impingement cooling and thermal barrier coating (TBC) are commonly used to improve cooling characteristics. In conceptual design, these cooling schemes are designed by 1D heat transfer calculation. Therefore, these design should be validated ted by nemurical or experiment methods. In this study, Conjugate Heat Transfer (CHT) analysis is performed for validation of gas turbine combustor cooling design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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