반응섬을 갖는 예혼합 난류 화염 구조와 연소속도의 모델

홍명석 朝鮮大學校 機械技術硏究所 1999 機械技術硏究 Vol.2 No.1

예혼합 난류화염구조에 대한 모델을 개발하였다. 여기서 난류화염의 화염대는 주름상화염면과 그 뒷면을 이은 섬형화염면의 두 부분으로 구성되어 있다. 그 두 부분의 구성비율은 난류강도 u´와 층류화염속도인 S??의 함수인 u´/S 에 의해 연속적으로 변한다고 가정되었다 모든 화염면은 프랙탈(fractal)형상으로 가정되었다. 난류화염의 모델에 층류화염의 화염두께와 특성시간의 개념이 이용되었다. 본 모델에 의한 화염구조의 여러 인자뿐만 아니라 난류화염의 연소 속도를 예상할 수 있다. A model for the premixed turbulent flame structure has been developed in which the flame zone of a turbulent flame is composed of two parts : a wrinkled flame front and some island flamelets behind it. Their fractions are supposed to vary continuously according to a proposed function of u´/S , where u´ is the turbulence intensity and S is the laminar burning velocity. All flamelets were assumed to be fractal ones. The concepts of "flame thickness" and "transition time" for laminar flames were introduced into the model for turbulent flames. The model provides not only the structural parameter but also the burning velocities of turbulent flames.

정상초음파의 주파수 변화에 따른 C3H8-Air 예혼합화염의 전파거동 및 구조변이

이상신,서항석,김정수 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集B Vol.38 No.2

The propagation behavior and structural variation of a premixed propane/air flame with frequency change in an ultrasonic standing wave at various equivalence ratios were experimentally investigated using Schlieren photography and pressure measurement. The propagating flame was observed in high-speed Schlieren images, allowing local flame velocities of the moving front to be analyzed in detail. The study reveals that the distorted flame front and horizontal splitting in the burnt zone are due to the ultrasonic standing wave. Vertical locations of the distortion and horizontal stripes are intimately dependent on the frequency of the ultrasonic standing wave. In addition, the propagation velocity of the flame front bounded by the standing wave is greater than that of the flame front without acoustic excitation. As expected, the influence of the ultrasonic standing wave on premixed-flame propagation becomes more prominent as the frequency increases. 정상초음파장의 주파수 변이가 프로판/공기 예혼합화염의 전파거동 및 구조변이에 미치는 영향을 규명하기 위해 실험적 연구를 수행하였다. 다양한 당량비 조건에서 슐리렌 기법을 적용한 전파화염 가시화와 연소실 내부압력 측정을 통해 생성물 영역에서의 화염 구조변화 및 전파특성을 관찰하였다. 정상초음파가 존재할 경우 화염선단이 찌그러지고 기연부에서 횡방향 줄무늬가 생성되며, 이러한 구조변이는 정상초음파의 주파수에 종속한다. 또, 전파속도는 정상초음파가 교반하는 경우 증가되며, 화염전파 거동에 미치는 초음파의 영향은 주파수의 증가에 따라 보다 명확해진다는 사실도 확인되었다.

정상초음파의 주파수 변화에 따른 C₃H₈-Air 예혼합화염의 전파거동 및 구조변이

이상신(Sang Shin Lee),서항석(Hang Seok Seo),김정수(Jeong Soo Kim) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集B Vol.38 No.2

정상초음파장의 주파수 변이가 프로판/공기 예혼합화염의 전파거동 및 구조변이에 미치는 영향을 규명하기 위해 실험적 연구를 수행하였다. 다양한 당량비 조건에서 슐리렌 기법을 적용한 전파화염 가시화와 연소실 내부압력 측정을 통해 생성물 영역에서의 화염 구조변화 및 전파특성을 관찰하였다. 정상초음파가 존재할 경우 화염선단이 찌그러지고 기연부에서 횡방향 줄무늬가 생성되며, 이러한 구조변이는 정상초음파의 주파수에 종속한다. 또, 전파속도는 정상초음파가 교반하는 경우 증가되며, 화염전파 거동에 미치는 초음파의 영향은 주파수의 증가에 따라 보다 명확해진다는 사실도 확인되었다. The propagation behavior and structural variation of a premixed propane/air flame with frequency change in an ultrasonic standing wave at various equivalence ratios were experimentally investigated using Schlieren photography and pressure measurement. The propagating flame was observed in high-speed Schlieren images, allowing local flame velocities of the moving front to be analyzed in detail. The study reveals that the distorted flame front and horizontal splitting in the burnt zone are due to the ultrasonic standing wave. Vertical locations of the distortion and horizontal stripes are intimately dependent on the frequency of the ultrasonic standing wave. In addition, the propagation velocity of the flame front bounded by the standing wave is greater than that of the flame front without acoustic excitation. As expected, the influence of the ultrasonic standing wave on premixed-flame propagation becomes more prominent as the frequency increases.

메탄-공기 예혼합화염의 구조변이에 대한 수치적 연구

최현아(Hyun Ah Choi),구재우(Jae Woo Koo),박재문(Jae Moon Park),배성훈(Seong Hun Bae),김정수(Jeong Soo Kim) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

본 연구에서는 메탄-공기 예혼합화염을 해석하기 위한 수치해석기법과 해당 기법을 적용하여 전산 모사한 결과로 나타나는 네 가지 화염구조를 제시한다. 해석에는 상용코드 ANSYS-Fluent를 사용하였고 예혼합연소 해석에는 G-equation model을 적용하였다. 해석기법의 타당성 검증을 위해 실험에서 얻은 슐리렌 이미지와 비교하였다. 해석을 통해 점화원에서 생성된 화염이 반구화염, 평면화염 그리고 튤립화염의 순으로 전파되는 것을 확인하였고, 결과를 바탕으로 각각의 화염구조에 대해 분석하였다. A numerical method for the analysis of CH₄-Air premixed flame is presented with the scrutiny into the flame structure and propagation behavior. The continuity, momentum, energy and mass fraction equation with standard k-ε turbulence model were solved with ANSYS-Fluent. It is confirmed with comparison to experimental results that flame structure changes in the order of hemispherical, flat and tulip flame. The detailed analysis on each flame structure is conducted using vectors and contours.

대체천연가스 화염 이미지 역변환에서 전처리 효과

안광호(Kwangho Ahn),송원준(Wonjoon Song),차동진(Dongjin Cha) 대한설비공학회 2015 설비공학 논문집 Vol.27 No.12

A preprocessing scheme utilizing multi-division of the ROI (region of interest) in a chemiluminescence image during inversion is proposed. The resulting inverted image shows the flame’s structure, which can be useful for studying combustion instability. The flame structure is often quantitatively visualized with PLIF (planar laser-induced fluorescence) images as well. The chemiluminescence image, which is a line-integral of the flame, needs to be preprocessed before inversion, mainly due to the inherent noise and the assumption of axisymmetry during the inversion. The feasibility of the multi-division preprocessing technique has been tested with experimentally-obtained OH PLIF and OH<SUP>*</SUP> chemiluminescence images of jet and swirl-stabilized flames burning substitute natural gas (SNG). It turns out that the technique outperforms two conventional methods, specifically, the technique without preprocessing and the one with uni-division, reconstructing the SNG flame structures much better than its two counterparts when compared using corresponding OH PLIF images. The characteristics of the optimum degree of polynomials to be applied for curve-fitting of the flame region data for the multi-division method involving two flames has also been investigated.

스월-안정화 연소기에서 화염구조와 연소불안정에 대한 연구

황동현,박수진,안규복 한국연소학회 2020 한국연소학회지 Vol.25 No.2

Flame structure and combustion instability characteristics in a swirl-stabilized combustor were investigated by changing fuel, inlet mean velocity, equivalence ratio, and swirler geometry. Two different premixed gases consisting of air and hydrocarbon fuels (C2H4, CH4) were supplied to a combustion chamber through an inlet section and an axial swirler. Dynamic pressure transducer and ICCD camera with a bandpass filter were used to measure pressure fluctuations and flame structures, respectively. The experimental results showed that the pressure fluctuations significantly increased, accompanied by the flame structure transition under certain conditions. Hollow cone flames were mainly formed under stable combustion, but heat release was distributed near the central axis of the combustion chamber under the combustion instability.

화염온도 변화에 따른 연소합성된 TiO₂나노입자의 결정구조 변화

이교우(Gyo Woo Lee),최상민(Sang Min Choi) 대한기계학회 2006 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2006 No.6

In this work, TiO₂ nanoparticles were synthesized using N₂-diluted and Oxygen-enriched coflow hydrogen diffusion flames. The effect of flame temperature on the crystalline structure of the formed TiO₂ nanoparticles was investigated. The measured maximum centerline temperature of the flame ranged from 2,103K for oxygen-enriched flame to 1339K for N₂-diluted flame. The visible flame length and the height of the main reaction zone were characterized by direct photographs. The crystalline structures of TiO₂ nanoparticles were analyzed by XRD. From the XRD analysis, it was evident that the crystalline structures of the formed nanoparticles were divided into two sorts. In the higher temperature region, over the 1,700K, the fraction of formed TiO₂ nanoparticles having anatase-phase crystalline structure increased with increasing the flame temperature. On the contrary, in the lower temperature region, below the 1,600K, the fraction of anatase-phase nanoparticles increased with decreasing the flame temperature.

메탄/공기 예혼합화염의 동역학적 거동에 대한 정상초음파의 교반 효과

서항석(Hang Seok Seo),이상신(Sang Shin Lee),김정수(Jeong Soo Kim) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5

본 연구에서는 정상초음파와 교반하는 메탄/공기 예혼합화염의 동역학적 거동을 규명하기 위한 실험결과를 제시한다. 슐리렌 기법을 이용하여 전파하는 화염을 가시화하였고, 이미지 후처리를 통해 정상 초음파 유무에 따른 화염선단의 형상 및 전파속도를 관찰하였다. 전파속도는 연소한계를 제외한 당량비에서 정상초음파장이 가진되는 경우에 더욱 증가하였으며, 화염선단의 찌그러지는 위치는 초음파 특성이 변하지 않는 한 일정하였다. This study is conducted to scrutinize agitation effects of an ultrasonic standing wave on the dynamic behavior of methane/air premixed flame. The propagating flame is caught by high-speed schlieren images, through which flame front and local flame velocity are analyzed and obtained, too. It is revealed that the propagation velocity with ultrasonic standing wave is larger than the case without excitation except around the flammability limits. Also, vertical locations of distortions and depth of dents of the front are constant, unless the ultrasonic standing wave characteristics are not changed.

메탄-공기 예혼합화염의 전파거동에 관한 수치모사

최현아(Hyun Ah Choi),김민성(Min Sung Kim),배성훈(Seong Hun Bae),박재문(Jae Moon Park),김정수(Jeong Soo Kim),배대석(Dae Seok Bae) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5

메탄-공기 예혼합화염을 전산모사 하기위한 수치해석 기법과, 해당 기법을 적용하여 계산한 결과로 나타나는 화염구조와 그 전파과정을 본 연구에서 제시한다. 해석에는 상용코드 ANSYS-Fluent를 사용하였고, 난류모델로는 k-을 사용하였으며, 예혼합연소 해석에는 G-equation model을 적용하였다. 해석결과, 점화원에서 생성된 화염은 전방을 향해 확산되고 반구화염으로 변화한 후, 챔버 벽면의 영향에 의해 평면화염, 그리고 튤립화염의 순서로 변화하며 전파되는 것을 확인할 수 있었다. A numerical study has been conducted to investigate the flame structure and propagation behavior of CH4-Air premixed flame. The continuity, momentum, energy and mass fraction equation with standard k- turbulence model are solved utilizing FLUENT solver. And also G-equation model is employed for the traceability of flame front. As a results, it is confirmed that flame structure changes in the order of hemispherical flame, flat flame, and tulip flame.

프로판/공기 예혼합화염의 사각관내 전파거동에 대한 정상초음파의 간섭효과

이상신(Sang Shin Lee),서항석(Hang Seok Seo),김정수(Jeong Soo Kim),배대석(Dae Seok Bae) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11

본 연구에서는 정상초음파의 간섭에 의해 야기되는 프로판/공기 예혼합화염의 사각관내 전파거동을 규명하기 위한 실험결과를 제시한다. 전파하는 화염이미지는 고속카메라를 이용하여 획득하였으며, 이미지 후처리를 통해 정상초음파 유무에 따른 화염선단의 구조변이와 전파속도를 상세히 관찰하였다. 전파속도는 정상초음파가 교반하는 경우 증가하였으며, 이론당량비에서 벗어남에 따라 초음파의 영향은 크게 증가하였다. 부력에 영향에 의해 화염선단은 기울어지는데, 이 현상은 정상초음파에 의한 화학반응과 혼합의 촉진으로 그 현상이 덜 뚜렷해진다. An experimental study has been conducted to scrutinize into the influence of ultrasonic standing wave on the propagating behavior of propane/air premixed flame at various equivalence ratios in half-open rectangular duct. Evolutionary features of the flame fronts are caught by high-speed images, and the variation of flame structure and local flame velocities along the propagation are analyzed. It is revealed that the propagation velocity agitated by the ultrasonic standing wave is greater than that without the agitation: the velocity enhancement diminishes as the equivalence ratio approaches the stoichiometric. Influence of the standing wave on flame overwhelms that of the buoyancy which slants the flame front towards top of the duct.