Kim, Seung-Han;Han, Yeoung-Min;Seo, Seong-Hyeon;Moon, Il-Yoon;Lee, Kwang-Jin
유체기계공업학회:학술대회논문집
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2006.08a
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pp.451-454
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2006
This paper describes the results of cold flow test and hot firing tests of an uni-element coaxial swirl injector and hot firing tests of a subscale combustor, as to the development effort of coaxial swirl injector for high performance liquid rocket engine combustor. A major design parameter for coaxial swirl injector is the recess number of a bi-swirl injector. The results of hot firing tests of the uni-element injector combustor and the sub-scale combustor are analyzed to investigate the effect of the recess number influencing on the combustion performance and pressure fluctuation. The test results of a cold flow test of the unielement combustor shows that it was shown that the change in recess number has significant effect on mixing characteristics and efficiency, while the effect of recess number on atomization characteristic is not The results of a series of firing tests using unielement and subscale combustor show that the recess length significantly affects the hydraulic characteristics, the combustion efficiency, and the dynamics of the liquid oxygen/kerosene bi-swirl injector. As a point of combustion performance, combustion efficiencies are 90% for unielement combustor and 95% for subscale combustor. The difference in the characteristic velocities between the unielement combustor and the subscale combustor may be caused by the difference in thermal loss to the combustor wall and the relative lengths of the combustion chamber. For a mixed type coaxial swirl combustor, the pressure drop across the injector increases as recess number becomes larger. The low frequency pressure fluctuation observed in unielement combustor can be related to the propellant mixing characteristics of the coaxial bi-swirl injector. The effect of the recess number on the pressure fluctuation inside the combustion chamber is more significant in un i-element combustor than the subscale combustor, of which the phenomena are also observed in time domain and frequency domain.
Kim, Jong-Hyun;Lee, Hyun-Yong;Hwang, Cheol-Hong;Lee, Chang-Eon
Journal of the Korean Society of Combustion
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v.13
no.2
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pp.7-13
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2008
The aim of this work is to identify application of ultra low NOx and CO combustor. To achieve this, we developed the premixed oxidizer-staging combustor using a cyclone flow. Various factors such as equivalence ratio for the combustion condition and swirl type for secondary air injection have been tested experimentally for flame stability and NOx, CO emission characteristics. Before to do this, we had been tested cyclone premixed combustor in advance. it is similar to first combustor of premixed oxidizer-staging combustor. As a result, cyclone premixed flame shows the very high flame stability and low NOx emission. however, it can be identified that there were some problems such as a little high CO emission and thermal resistance of combustor wall. Cyclone premixed oxidizer-staging combustor can resolve those of problems. In our combustor, we can found out optimal condition that the secondary air injection method is swirl type, swirl direction is co-swirl and equivalence ratio of first combustor is 1.3. Quantitatively, we can achieve 10.8 ppm for NOx and 30.2 ppm for CO emissions respectively. Form this result, we can identified that cyclone premixed oxidizer-staging combustor can apply to ultra low NOx and CO combustor.
Numerical investigations on air staging and fuel staging were carried out with a newly designed coaxial cyclone combustor, which uses the method of two stage coal combustion composed of pre-combustor and main combustor. The pre-combustor with a high air/fuel ratio is designed to supply gas at high temperature to the main combustor. To avoid local high temperature region in this process, secondary air is injected in the downstream. Together with the burned gas supplied from the pre-combustor and the preheated air directly injected into main combustor, coals supplied through the main burner react rapidly at a low air/fuel ratio. Strong swirling motion of cyclone combustor keeps the wall temperature high, which makes slagging combustion possible. Alaska, US coal is used for calculations. Predictions were made for various coal flow rates in the main combustor for fuel staging and for the various flow rate of secondary air in the pre-combustor for air staging. In-scattering angles are also chosen as a variable to increase residence times of coal particles. Temperature fields and particle trajectories for various conditions are described. Predicted temperature variations at the wall of the combustor are compared with corresponding experimental data and show a similar trend. The in-scattering angle of 20° is recommended to increase the combustion efficiency in the main chamber.
The annular-reverse combustor was designed for APU combustor and a three dimensional analysis for reactive flow in the combustor was performed. At the same time, the experimental work was performed in KARl combustor test facility. In this study we found out that tangential swirl type combustor is good for flame holding than single vortex type combustor. The flame tube main hole size and relative position are very important parameters for combustor general performance. The ignition characteristics are strongly depend on the air fuel ratio with combustor inlet volume flow ratio.
Park, Poo-Min;Kim, Hyung-Mo;Choi, Young-Ho;Yang, Soo-Seok;Chon, Mu-Hwan
Journal of the Korean Society of Combustion
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v.13
no.4
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pp.37-46
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2008
Performance test of 5MW class gasturbine combustor was carried out at combustor test facility of KARI(Korea Aerospace Research Institute). The combustor is dry low NOx type premixed combustor and fuel is natural gas. The characteristics of combustor were measured including emission, pressure pulsation and exit temperature distribution. Optimum operation point of combustor was found by changing parameters like fuel ratio between pilot and main burner. The test result showed that the combustor performance is sufficient to satisfy the gasturbine system requirement.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2001.04a
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pp.43-46
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2001
In the experiment of dump type Ram-combustor equipped for flame-holder which is designed for development of combustion performance, temperature of center of exit decreases in the case of short length($L_c$=300mm) of combustor while does not decrease in the case of $L_c$=500mm and flame still remains under the center of combustor. With V-gutter, temperature distribution of exit becomes uniform. In the case of $L_c$=300mm, combustion efficiency of combustor with V-gutter increases a few but the influence of V-gutter is small.
The objective of the current study is to introduce detailed process for a preliminary combustor design, and to develop a computer code for it. The program includes various empirical and semi-empirical methodologies for diffuser deign, combustor sizing, air distribution, and sub-component design such as primary and secondary zones. Using the developed program, the combustor sizing results are shown from an assumption of simple annual combustor cycle analysis. Two options are employed, 1) pressure loss approach, and 2) velocity assumption approach. Design results show that there are no significant differences in combustor sizing between two design options. Further code improvement is required for performance and emission evaluations of the designed combustor.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.10
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pp.1294-1299
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2000
The combustion characteristics have been investigated to develop the 50 kW-class gas turbine combustor. The combustor design program was developed and applied to design this combustor. The combustion air which has the temperature of 45, 200, $300^{\circ}C$ were supplied to combustor for elucidating the effect of inlet air temperature on CO, NOx emissions and flame temperature. The exit temperature and NO were increased and CO was decreased with increasing inlet air temperature. Also, the effect of equivalence ratio was considered to verify the combustor performance. The emissions of CO and NO with inlet air temperature can be analyzed qualitatively by measuring the temperature inside the combustor. The combustion performance with fuel schedule was evaluated to get the informations of the starting and part loading process of gas turbine. The combustion was stable above the equivalence ratio of 0.18. The pattern factor which is the important parameter of combustor performance was satisfied with the design criterion. Consequently the combustor was proved to meet the performance goal required for the target gas turbine system.
The main objective of this study was investigation of combustion instability characteristics in a lean partially premixed gas turbine dump combustor. Dynamic pressure transducers were located on combustor and inlet section to observe combustion pressure oscillation and difference at each measurement places. Also flame shape and $CH^*$ chemiluminescence were measured using a high speed ICCD camera. The combustor length was varied in order to have different acoustic characteristics from 800 to 1090 mm. The first section of this paper shows the stability map in model gas turbine combustor. And the effects of combustor length, mixture velocity in the mixing section and equivalence ratio were studied by the pressure perturbation and heat release oscillation. Also, the instability frequency and mode analysis were studied in last two sections. We observed two dominant instability frequencies in this study. Lower frequencies were obtained at lower equivalence ratio region and it was associated with a fundamental longitudinal mode of combustor length. Higher frequencies were observed in higher equivalence ratio conditions. It was related to secondary longitudinal mode of combustor and mixing section. In this instability characteristics, pressure oscillation of mixing section part was larger than pressure oscillation of combustor. As a result, combustion instability was strongly affected by acoustic characteristics of combustor and mixing section geometry.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.1
s.232
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pp.55-62
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2005
Combustion Characteristics and quenching criteria of micro combustor in various condition was exploited experimentally. Two different gases were used, and various geometric matrixes were considered to figure out quenching characteristic of micro combustor. The micro combustor studied in this study was constant volume, and has cylindrical shape. Geometric parameter of combustor was defined to be combustor height and diameter. The effect of height was exploited parametrically as 1 mm, 2mm and 3mm and the effect of diameter was parameterized to be 7.5mm and 15mm. Three different combustibles. (1) Stoichiometric mixture of methane and are, (2) Stoichiometric mixture of hydrogen and air and (3) Mixture of hydrogen and air with fuel stoichiometry of two were used. Pressure transition during combustion process was recovered. The ratio of maximum pressure to initial pressure responded favorably with the change of height of combustor and the initial pressure, the maximum pressure was also increased. The flame propagation was observed only when a specific condition was satisfied. From the experiment the condition that guarantees stable propagation of flame was tabulated. The tabulated results includes criteria of quenching according to combustor height, combustor diameter, species of fuel and initial pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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