• 한국추진공학회지
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• 제17권5호
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• pp.70-79
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• 2013

마이크로 가스터빈용 하이브리드/이중 선회제트 연소기의 비반응 유동 및 혼합특성에 관한 수치해석 연구가 수행되었다. 고정된 열부하에서 pilot 버너의 위치, 선회 각 및 방향이 주요 변수로 검토되었다. 결과로서, pilot 버너의 위치, 선회 각 및 방향의 변화는 버너 출구 근처의 난류 유동장, 특히 중앙 재순환영역 및 난류강도의 큰 변화를 초래하며, 화염안정성 및 배기성능의 큰 변화를 동반하게 된다. 실험결과와의 비교를 통해, 하이브리드/이중 선회제트 연소기의 개발을 위하여 화염안정성 및 배기의 측면에서 pilot 버너의 최적 위치, 선회각$45^{\circ}$ 그리고 정방향 선회유동 조건들이 선택되었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년도 제31회 추계학술대회논문집
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• pp.449-452
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• 2008

환형 스월 난류 연소기 내에서 반응, 비반응시 발생하는 유동의 차이를 flamelet 난류연소와 난류유동 모델을 모두 고려한 3차원 LES 기법으로 연구하였다. 계산 모델은 GEAE의 LM6000 환형연소기를 이용하였으며, 조건은 실험에서 얻어진 값을 이용하였다. 연소시 열방출에 의해 연소가스의 체적이 팽창하고 이로 인해 유입되는 스월의 주흐름은 하류방향으로 더욱 뻗어나간다. 비반응에서 나타났던 수직 단면에서의 타원형의 속도 분포는 원형에 가깝게 변하며, 비반응 유동장에서는 와류의 분포가 광범위하게 나타나지만, 반응유동에서는 약한 와류들은 소멸되는 것으로 나타났다. 즉 반응과 비반응에서 와류 분포와 강도, 그리고 동일 세기의 와류의 크기가 확연히 다르게 나타나는데, 이는 연소에 의한 밀도 팽창에 의한 영향으로 판단된다.

• 한국연소학회지
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• 제21권3호
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• pp.24-31
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• 2016

In this paper we propose a new approach for an analysis and a prediction of combustion instability of lean premixed gas turbines. Our approach is based on the Nyquist stability criterion in control theory and a transfer function representation of a one-dimensional (1D) thermoacoustic system. A key advantage of the proposed approach is that one can systematically characterize the effects of various parameters of a combustor system on combustion instability. Our analysis method was applied to a real combustion system and the analysis results were consistent with experimental data.

• 대한기계학회논문집B
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• 제31권2호
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• pp.202-207
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• 2007

In order to understand the phenomena of combustion instability, an experimental study was conducted at the moderate pressure and ambient temperature conditions. The flame behavior and the pressure fluctuations were measured in a dump combustor. Various types of combustion modes occurred in accordance with the equivalence ratio and the fuel supplying conditions. The fluctuation of pressure, heat release and equivalence ratio were measured by piezoelectric pressure sensor, high speed Intensified Charge Coupled Device (HICCD) camera and gas chromatography respectively. Two representative modes were self-excited pressure oscillations at the resonance of combustion chamber (200Hz) and instabilities related to the modulated fuel flow rate through the fuel holes (10Hz). It is found that, especially in an unchoked fuel flow condition, the modulation of the fuel flow rate affects the characteristics of flame behavior and pressure fluctuations in a lean premixed flame.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권1호
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• pp.51-57
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• 2013

본 연구에서는 가스터빈 연소기에 적용하기 위한 예혼합 스월버너의 배기가스 및 화염안정성 최적화를 위하여 버너의 구조변경에 따른 연소특성을 실험적으로 분석하였다. 버너의 연료분사구조에 따른 배기가스 배출 특성을 파악하고자 단일연료분사구조와 이중연료분사구조를 갖는 예혼합 버너의 연소특성을 비교 분석하였으며 이중연료분사구조 적용 시 연료/공기 혼합특성이 향상되어 CO와 NOx의 배출농도가 감소하는 경향을 나타내었다. 또한, 노즐출구와 라이너의 지름 비(confined ratio)에 따른 연소부하 및 배기가스 특성을 분석한 결과 confined ratio 감소 시 연소부하 감소로 인해 NOx 배출농도가 감소되었으며, 체류시간의 증가로 인해 CO의 산화 반응이 증가하여 CO 배출농도가 감소하였다. 노즐분출속도는 30 m/s에서 배기가스특성이 우수하며, 속도 증가(40 m/s) 시 배가스특성이 저하되고 속도 감소(20 m/s) 시 화염안정성이 저하되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권6호
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• pp.443-449
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• 2014

가스터빈 희박 예혼합 연소기에서 발생하는 연소 불안정 현상을 예측하기 위하여 열음향 해석 기법이 폭넓게 사용되고 있다. 그러나 이러한 모델들은 전체 연소기 시스템과 화염의 형상을 과도하게 단순화함으로써, 모델 정확도에 한계를 드러내왔다. 본 연구에서는 두 가지 측면에서 열음향 모델의 정확도를 개선하고자 하는 노력을 시도하였다. 우선 화염의 위치를 연소기 입구가 아닌 실제 계측 결과를 반영할 수 있도록 열음향 모델을 수정하였으며, 두 번째로는 열 발생 위치가 얇은 화염의 형태가 아닌, 실제 화염의 형상과 같이 열 분포 현상을 반영할 수 있도록 하였다. 모델 수정 결과 기존의 열음향 모델 대비, 불안정 현상의 성장률을 예측하는데 있어서 오차가 줄어드는 것으로 나타났다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.96.1-96.1
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• 2011

Solid oxide fuel cells(SOFCs) can convert the chemical energy of fuel into electricity directly. With the rising fuel prices and stricter emission requirement, SOFCs have been widely recognized as a promising technology in the near future. In this study, lean premixed flame using the orifice swirl burner was analyzed numerically and experimentally. We used the program CHEMKIN and the GRI 3.0 chemical reaction mechanism for the calculation of burning velocity and adiabatic flame temperature to investigate the effects of equivalence ratio on the adiabatic flame temperature and burning velocity respectively. Burning velocity of hydrogen was calculated by CHEMKIN simulation was 325cm/s, which was faster than that of methane having 42 cm/s at the same equivalence ratio. Also Ansys Fluent was used so as to analysis the performance with alteration of swirl structure and orifice mixer structure. This experimental study focused on stability and emission characteristics and the influence of swirl and orifice mixer in Solid Oxide Fuel Cell Systme burner. The results show that the stable blue flame with different equivalence ratio. NOx was measured below 20 ppm from equivalence ratios 0.72 to 0.84 and CO which is a very important emission index in combustor was observed below 160 ppm under the same equivalence region.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.68-77
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• 2017

고주파 연소불안정은 비정상 화염의 열방출율 섭동과 연소실 내부에서 공진되는 음향파의 상호 결합으로 발생하는 열음향 문제로, 다양한 해석적 접근방법이 존재한다. 본 논문에서는 주파수 영역에서 선형음향 가정과 시간지연 이론을 이용한 3차원 FEM Helmholtz solver의 개발 사례를 소개하였으며, 가변길이 희박 예혼합 연소기의 자발 연소불안정 예측과 수동제어기구(배플, 음향공진기)의 설계분석 결과를 제시하였다. 또한 시간 영역에서 시간지연 이론을 이용한 압축성 유동 해석코드를 통해, 고진폭 압력섭동에 의해 야기되는 비선형 음향 특성과 한계사이클 현상을 분석하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제28권10호
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• pp.1193-1201
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• 2004

The effect of equivalence ratio and fuel/air mixing quality on the phase-resolved gas temperatures at different phases of the oscillating pressure cycle was experimentally investigated. An atmospheric pressure, optically accessible and laboratory-scale dump combustor operating on methane with heat release rate of 1.59kW was used. Temperature measurements were made using coherent anti-Stokes Raman spectroscopy (CARS) at several spatial locations fur typical unstable combustion conditions. Analysis was conducted using parameters such as phase-resolved averaged temperature, normalized standard deviation and temperature probability distribution functions (PDFs). Also the probability on the occurrence of high temperature (over 1900K) was investigated to get the information on the perturbation of equivalence ratio and NOx emission characteristics. It was shown that most of temperature histograms exhibit Gaussian profile which has short breadth of temperature fluctuation at equivalence ratio of 0.6, while beta profile was predominant for the cases of other equivalence ratios (${\Phi}$=0.55, 0.50). It was also shown that phase-resolved averaged temperature oscillated in phase with pressure cycle, while normalized standard deviations which represent temporal turbulent intensity of temperature showed nearly constant value around 0.1. The characteristics on the occurrence of high temperature also displayed periodic wave form which was very similar to the pressure signal. And the amplitude of this profile went larger as the fuel/air mixing quality became poorer. These also provided additional information on the perturbation of equivalence ratio at flame as well as NOx emission characteristics.

• 한국추진공학회지
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• 제19권4호
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• pp.15-23
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• 2015

본 연구는 유한요소해석 기반의 Helmholtz solver인 ASCI3D를 사용하여 예혼합 가스터빈 연소기에서 연소불안정 현상과 관련된 주요 결과들을 예측하였다. 해석결과는 실험결과와 비교할 때 일반적인 불안정 특성 예측에는 성공하였으나, 불안정 구간이 나타나는 영역을 다소 과대 예측하는 경향이 발견되었다. 이를 개선하기 위한 노력으로 반사계수가 불안정 특성에 미치는 영향이 분석되었다. 결과로부터 반사계수는 불안정 특성에 큰 영향을 미치고, 정확한 예측 결과를 얻기 위해서는 정확한 음향 경계 조건의 정의가 필수적인 것으로 나타났다.