• 한국연소학회지
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• 제23권1호
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• pp.13-20
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• 2018

Transverse acoustic mode in annular combustion chambers affects air-fuel mixing characteristics in the nozzle and can result in heat release fluctuations in the combustor. In addition, the acoustic mode coupling between the nozzle and the combustion chamber is one of the key parameters determining combustion instability phenomenon in the annular combustor. In this study, acoustic coupling between the nozzle and annular combustor was numerically analyzed using 3D-based in house FEM code. As a result, it was found that the acoustic mode inside the combustion chamber at anti-node locations of the transverse mode was strongly influenced by the nozzle inlet boundary conditions.

• 한국분무공학회지
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• 제23권1호
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• pp.16-21
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• 2018

The current study has developed an in-house 3D FEM code in order to model thermoacoustic problems in a gas turbine combustion system and compared calculation results of main instability characteristics with measured ones from a lab-scale partially-premixed combustor. From the comparison of calculation results with the measured data, the current model could successfully capture the harmonic longitudinal instability frequencies and their spatial distributions of the acoustic field as well as the growth rate of self-excited modes.

• The Journal of the Acoustical Society of Korea
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• 제18권2E호
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• pp.18-23
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• 1999

This paper proposes a method of separately determining three intrinsic mechanical parameters of an unknown object in the framework of ultrasound inverse scattering tomography. Those parameters are the speed of sound, density, and absorption whose values are given as the solution of an inhomogeneous Helmholtz wave equation. The separate reconstruction method is mathematically formulated, the integral equations are discretized using the sinc basis functions, and the Newton-Raphson method is adopted as a numerical solver in a measurement configuration where the object is insonified by an incident plane wave over 360˚ and the scattered field is measured by detectors arranged in a rectangular fashion around it. Two distinct frequencies are used to separate each parameter of three Gaussian objects that are either located at the same position or separately from each other. Computer simulation results show that the separate reconstruction method is able to separately reconstruct the three mechanical parameters. The absorption parameter turns out to be a little difficult to reconstruct as compared with the other two parameters.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2015년도 제51회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.113-114
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• 2015

In this study, 1D and 3D thermoacoustic analysis model were developed in order to predict fundamental characteristics of combustion instability in a gas turbine lean premixed combustor. The 1D network model can be used to analyze frequency and growth rate of combustor instability by simply dividing whole system into a couple of acoustic sub-elements, while the 3D Helmholtz solver model can predict directly acoustic modes as well as basic properties of combustion instability. Prediction results of both 1D and 3D models generally showed a good agreement with the measurements, even if there was a slight overestimation for instability range.

• 한국분무공학회지
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• 제24권2호
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• pp.58-65
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• 2019

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.

• 한국분무공학회지
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• 제28권3호
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• pp.119-125
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• 2023

In this research, a network model was developed to predict combustion instability in an annular gas turbine combustor (GT24) for power generation. The model consisted of various acoustic elements such as several ducts and area changes which could represent a real combustor with a complex geometry, applied mass, momentum, and energy equations to each element. In addition, a one-dimensional network model through a cylindrical coordinate system has been proposed to predict various acoustic modes. As a result of the analysis, the key resonant frequencies such as longitudinal, circumferential, and complex modes were derived from the EV combustor of GT24, and the reliability of the current model was verified through comparison with the 3D Helmholtz solver.

• 한국분무공학회지
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• 제27권1호
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• pp.36-41
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• 2022

In this study, the combustion instability characteristics according to the change in the hydrogen ratio in the fuel in the single nozzle system of the hydrogen-natural gas mixed gas turbine for power generation was analyzed using a three-dimensional finite element analysis-based Helmholtz solver. This combustor shows the instability characteristics in which mode transition occurs from a mode having a low amplitude near 70 Hz to a mode having a high amplitude of 250 Hz or higher as the hydrogen fraction in the fuel increases. The current modeling results are found to reasonably predict the main characteristics of the change in measured instability frequency and growth rate with the change in fuel composition.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권10호
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• pp.697-706
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• 2019

다상흐름 모델링 기법과 하이브리드 난류 모델링 기법을 결합한 수치모형을 이용하여 사각형 수로에서의 중력류를 수치모의 하였다. 이 연구에서 적용한 다상흐름 해석기법은 밀도가 큰 중력류 유체, 상대적으로 밀도가 작은 주변류 유체 그리고 자유수면 위에서 흐르는 공기를 3개의 상으로 처리하며, 각 상에 대해서 분리된 흐름 지배방정식을 적용한다. 난류흐름은 벽경계 근처에서는 RANS 모드로 모의하고 벽에서 떨어진 영역에서는 LES 모드로 해석하는 하이브리드 RANS/LES 방법의 일종인 IDDES 기법을 이용하여 해석한다. 이 연구에서 적용한 모델링 기법은 중력류의 머리의 전파속도를 실험값과 일치하게 잘 예측하는 것으로 나타났다. 수치해석 결과는 아울러 낮은 레이놀즈수 난류모형을 이용한 RANS 수치모의에서 이용되는 정도의 격자해상도에서도 큰 규모의 Kelvin-Helmholtz 형식의 경계면 와의 발달과 이들 와가 지속적으로 3차원 형식의 붕괴를 거쳐 작은 난류구조로 분해되면서 난류에너지가 소산되는 현상을 성공적으로 예측함을 보여준다. 적용한 수치모의 기법은 공학적으로 접근 가능한 격자해상도에서 돌출-쪼개짐 흐름 불안정을 동반한 중력류 머리부분의 3차원 거동 특성을 잘 재현하며, 이 결과는 보다 높은 격자해상도에서 구해진 LES 결과에 상응하는 것으로 나타났다. 이 연구결과는 하이브리드 난류모델링 기법과 다상흐름 해석기법을 병합한 수치모형이 자연상태에서 복잡한 중력류의 물리적 거동을 예측하는데 공학적으로 유망한 방법임을 보여준다.

• 한국추진공학회지
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• 제21권6호
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• pp.49-56
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• 2017

본 연구에서는 환형 시스템에서 열음향 문제를 모델링하기 위하여 자체 3D 유한요소해석을 모델 개발을 통하여 음향장을 해석하였고, 다양한 음향 모드를 벤치마크 연소기의 실험 결과와 비교/검증하였다. 비교 결과, 본 해석에서 사용된 음향장 해석 코드는 환형 시스템에서 실험으로 계측된 다양한 음향모드들을 예측하는데 성공하였다. 또한 연소실의 횡방향 모드는 노즐의 음향 경계 조건의 영향을 크게 받게 되고, 노즐에서의 압력 분포 역시 연소실의 압력장과 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났다.

• 한국추진공학회지
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• 제23권2호
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• pp.38-45
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• 2019

본 연구에서는 항공용 가스터빈의 연소실에서의 연소불안정 해석을 위한 고유값 도출을 목적으로 하는 1D 네트워크 모델을 개발하였다. 모델은 면적 변화가 있는 음향 네트워크 요소들 사이의 각종 지배 방정식을 통하여 개발되었고, 이를 이용하여 현재 개발 중인 복잡한 유로 형상을 갖는 실제 항공용 가스터빈 연소기에서의 음향장 해석에 적용되었다. 본 모델을 통하여 도출된 음향장 해석 결과는 3차원 유한요소해석 기반의 헬름홀츠 솔버의 계산 결과와 비교하였다.