고속카메라를 이용한 충격파 시험장치의 초음속 유동 현상 계측 연구

진유인(Yuin Jin),박기수(Gisu Park),최호진(Hojin Choi),민성기(Seongki Min) 항공우주시스템공학회 2013 항공우주시스템공학회 학술대회 발표집 Vol.2013 No.10

오리피스 인젝터를 통한 초임계 상태의 항공유 분사특성

김일두(Ildoo Kim),진유인(Yuin Jin),이형주(Hyung Ju Lee),황기영(Ki-Young Hwang),최호진(Hojin Choi) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5

극초음속 비행체에 있어, 극심한 공력가열 문제의 해결방안으로서 연료를 이용한 능동 냉각의 선택은 사용 연료의 임계온도 이상으로의 상승과 동시에 연소실로의 고압 분사 조건에 의해 기체 혹은 초임계 상태로 분사가 이루어지게 된다. 본 연구에서는 연료를 초임계 상태로 가열하고 오리피스 인젝터를 통해 분사하면서 초고온과 초임계 상태에서의 연료분사 특성을 유량계수와 캐비테이션 수를 이용하여 분석하였다. 비등점 근처의 고온조건까지는 시험방법 변경에도 불구하고 온도에 따른 유량계수와 캐비테이션 수에 따른 유량계수의 변화가 이전 연구결과와 거의 동일한 결과를 보였다. 비등점을 훨씬 상회하는 초고온 조건과 온도와 압력이 임계조건을 넘어서는 초임계조건까지도 기존 시험 결과에서의 변화추이를 크게 벗어나지 않아, 초임계 상태 연료분사와 기체상태 연료분사는 유량계수 관점에서 특별히 구분되지 않음을 확인하였다. A hypersonic aviation vehicle is suffered by the aerodynamics heating. This results the increase of the fuel temperature above the boiling temperature and sometimes above the critical temperature with increased injection pressure for efficient injection into combustor. In this study, we experimentally studied the injection characteristics of a plain orifice injector near the critical point. It followed well the trend between flow coefficient and fuel temperature or cavitation number that was obtained from previous researches, although testing method was changed and testing condition was extended.

모델 가스터빈 연소기 내 연소실 형상비의 변화가 Counter-rotating 선회유동에 미치는 영향

이상호(Sangho Lee),진유인(Yuin Jin),유경원(Gyongwon Ryu),이지근(Jeekeun Lee) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11

모형 가스터빈 연소기 연소실 형상비 (aspect ratio)가 연소실 내 선회유동 특성에 미치는 영향이 실험적으로 조사되었다. 모형 연소실은 아크릴 재질의 직사각형 형상으로 구성되었고 연소실 폭을 변화시켜 형상비를 조정하였다. 축류형 counter-rotating 선회기를 사용하여 연소실 내 선회유동장을 형성하였으며, 2D PIV 시스템을 이용하여 선회 속도 성분을 측정하였다. 작동유체는 물을 사용하였으며 공기와의 유사성을 고려하여 Reynolds 수를 설정하였다. PIV 기법을 이용하여 다수의 유동 추적 입자 이미지를 획득했으며, 각 이미지의 속도 성분을 분석하여 평균을 취한 후 선회유동 특성을 관찰하였다. 이를 통해 선회기에 의해 형성되는 재순환영역, corner vortex, 모델 연소기의 벽면을 타고 흐르는 벽면 유동 등, 모델 연소기 내에서 형성되는 각 유동들에 현소기 형상비의 변화가 미치는 영향을 조사하였다. The gas turbine combustor was modeled as rectangular shape with acrylic material and the aspect ratio of model combustor was decided by changing chamber width. Swirling flow in the model combustor was created with axial counter-rotating swirler and 2D PIV system was used to measure the velocity components of the swirling flow. Water was used as working fluid and Reynolds number was selected by considering similarity between air and water. A number of pictures of seeding particle were captured with PIV system to examine the characteristics of swirling flow by averaging obtained pictures. The effect of chamber aspect ratio on the structures of swirling flow, such as recirculation zone, corner vortex, wall flow was investigated.

플레어 각도변화에 따른 분무특성 연구

김택현(Taekhyun Kim),진유인(Yuin Jin),민성기(Seongki Min) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5

플레어는 연소실 내부에서 스월러와 함께 장착되며 노즐에서 분사된 연료가 연소실 내부에서 재순환영역과 코너 유동의 형성 및 분포를 결정하는 역할을 한다. 따라서 최적화된 플레어의 각도는 연소 화염의 안정성을 향상시키고 연소기 성능을 높이는데 주요한 변수가 된다. 본 연구에서는 플레어의 각도변화에 따라 노즐에서 분사된 연료가 어떤 분무특성을 보이는지 확인하기 위해 실험적인 연구를 수행하였다. 노즐은 Full Cone 타입의 단순 오리피스 형태의 상용노즐(CPB 1322 Spray Sys(Co.))을 사용하였다. 분무각과 속도분포를 계측하기 위해 Particle Image Velocimetry(PIV)를 사용하였으며, 특정 분사압 조건에서 플레어의 각도를 변화시키면서 분무각 변화와 속도분포 변화를 확인하였다. Flare is mounted with Counter-Rotating Axial Swirler to determine the distribution and formation of Recirculation zone and Corner vortex flow inside the combustion chamber. Thus, the optimized angle of the flare is the main variables to improve the stability of the combustion flame and enhance the performance of the combustor. In this study, experimental studies on the spray characteristics of the fuel injected from the nozzle related to the change of the flare angle were conducted. The nozzle was used a commercial full cone type nozzle having simple orifice form(CPB 1322 Spray Sys(Co.)). Droplet velocity and spray angle were obtained by using optical measurement system, Particle Image Velocimetry(PIV). It confirmed the characteristics of the flow pattern according to the change of the flare angle under the specific pressure condition.

유량변화에 따른 모델 가스터빈 연소기 내 Counter-rotating 선회유동 특성

이상호(Sangho Lee),진유인(Yuin Jin),유경원(Gyongwon Ryu),이지근(Jeekeun Lee) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5

본 연구는 가스터빈 내에서 연소 효율과 화염의 안정성에 영향을 미치는 중요한 요인인 선회유동 특성에 관한 연구이다. 가스터빈 연소기 내 선회유동의 특성을 관찰하고자 가스터빈 연소기를 직사각형으로 모사하였다. 모델 연소기 내의 선회유동을 생성하기 위하여 Counter-rotating 스월러가 사용되었다. PIV 기법을 이용하여 선회유동의 속도 성분을 측정하였고, 다수의 유동 추적 입자 이미지를 획득한 후 평균을 취하여 평균속도와 난류 특성을 계산하였다. 작동유체는 증류수를 사용하였으며, 재순환 영역, corner vortex와 모델 연소기의 벽을 타고 흐르는 벽면 유동을 포함하는 선회유동의 특성을 Reynolds 수에 따라 관찰하였다. In the present study, the characteristics of swirling flow, which is one of the most important phenomenon for efficiency and flame stabilization in gas turbines, were studied. The gas turbine combustor was simplified as rectangular shape to examine the swirling flow. A counter-rotating swirler was applied to generate the swirling flow inside the model combustor. A PIV system was used to measure velocity components of swirling flow, and the mean and turbulent components were calculated by averaging the acquired many seeding particle images. The pure water was used as a working fluid. The characteristics of swirling flow, including the formation of a central recirculation zone, corner vortex, and the wall flow along the model combustor wall, were investigated with Reynolds numbers.

Effect of Reynolds Numbers on Counter-rotating Swirling Flow in a Model Gas Turbine Combustor

Sangho Lee(이상호),Yuin Jin(진유인),Gyongwon Ryu(유경원),Jeekeun Lee(이지근) 대한기계학회 2015 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2015 No.11

The characteristics of swirling flow in a model gas turbine combustor, which is one of the most important phenomenon for efficiency and flame stabilization in gas turbines, were studied in the paper. The gas turbine combustor was modeled as rectangular shape to examine the swirling flow generated by swirler for the experiment. The model combustor consists of counter-rotating axial swirler to generate the swirling flow. A PIV system was used to measure velocity components of the swirling flow. Additionally, the mean and turbulent components were discussed which were calculated by averaging the acquired many seeding particle images. The pure water was used as a working fluid. The characteristics of swirling flow, including the formation of a central recirculation zone, corner vortex, and the wall flow along the model combustor wall, were mainly discussed and investigated with Reynolds numbers.

모형 가스터빈 연소기 내 Counter-rotating 선회유동에 관한 실험적 연구

이상호(Sangho Lee),진유인(Yuin Jin),민성기(Sungki Min),이지근(Jeekeun Lee) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

가스 터빈의 효율을 결정하는 여러 요인들 중, 스월러가 일으키는 선회 유동은 혼합기와 화염의 안정화에 지대한 영향을 미친다. 본 연구에서는 가스 터빈의 연소실 내에서 스월러에 의해 일어나는 선회 유동에 대해 고찰하였다. 스월러에 부착된 플레어의 유무에 따른 유동을 비교 분석하였고, 플레어가 유동에 미치는 영향을 가시화하기 위하여 PIV 기법을 사용하였다. 작동 유체로는 물을 사용했으며, 축방향 속도, CRZ (Central Recirculation Zone) 를 분석하여 플레어가 존재함으로 인해서 재순환 영역이 더욱 크게 형성된다는 것을 확인하였다. One of the factor which determines the efficiency of gas turbines, the swirling flow caused by swirler affects the mixing gas and flame stabilization. In this sutdy, swirling flow in the gas turbine combustor was investigated experimentally. Swirling flow was analyzed and compared to the flow with and without swirler flare. PIV was used to visualize the effect of flare to the flow. Water was used as the fluid. This study confirmed that recirculation zone is larger with swirler flare by analyzing axial velocity profiles and CRZs.

수소가스터빈용 연료공급시스템 개발

팽기석(Kiseok Paeng),진유인(Yuin Jin),김진태(Jintae Kim) 한국유체기계학회 2022 유체기계 연구개발 발표회 논문집 Vol.2022 No.11

모델 가스터빈 연소기 내 선회기 Vane의 두께가 Counter-rotating 선회유동에 미치는 영향

이상호(Sangho Lee),진유인(Yuin Jin),유경원(Gyongwon Ryu),이지근(Jeekeun Lee) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5

선회기 Vane의 두께가 모델 가스터빈 연소기 내에 형성되는 선회유동 특성에 미치는 영향이 실험적으로 조사되었다. 모델 연소기는 가스터빈 연소기를 직사각형으로 모사하여 제작되었으며, 서로 다른 Vane 두께를 가진 선회기는 축류형 이중 구조를 가지고 있고 안쪽과 바깥쪽의 회전 방향이 반대인 Counter-rotating 선회기가 사용되었다. 모델 연소실 내의 선회유동을 관찰하기 위해 PIV 기법을 이용하여 모델 연소실의 정면과 측면에 설치된 광학창을 통해 유동 추적 입자 이미지를 획득하였다. 다수의 유동 추적 입자 이미지를 획득하여 각 이미지의 속도 성분을 분석하고 평균을 취한 후 선회유동 특성을 관찰하였다. 이를 통해 선회유동의 기본적인 구조인 재순환 영역과 Corner recirculation, 벽면 유동 등의 구조를 확인하고 Vane의 두께가 이들에 미치는 영향을 조사하였다. The model gas turbine combustor was manufactured as rectangular shape with acrylic material and the swirling flow generated by different thickness of swirler vane was examined experimentally. PIV system was used to examine swirling flow in the model gas turbine combustor. Through optic window placed on the front and left side of the model combustor, PIV system allows to take images of seeding particles. A number of pictures of seeding particle were captured with PIV system to examine the characteristics of swirling flow by averaging obtained pictures. The effect of chamber aspect ratio on the structures of swirling flow, such as recirculation zone, corner vortex, wall flow was investigated.

고엔탈피 초음속 유동장에서의 수직분사 특성연구

박기수(Gisu Park),진유인(Yuin Jin),최호진(Hojin Choi),변종렬(Jongryul Byun),황기영(Kiyoung Hwang) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.12

스크램제트 연소기 내부에서의 초음속 유동, 혼합 및 연소현상에 대한 이해증진을 목적으로 고엔탈피 초음속 유동에 대하여 수직방향으로 분사되는 에틸렌 제트의 유동 특성을 실험적으로 연구하였다. 실제 비행조건과 유사한 고엔탈피 조건을 모사하기 위하여 충격파 터널을 사용하였으며, 카울과 단공 연료분사 노즐을 가진 스크램제트 모델 연소기를 구현하였다. 이러한 연소기 내부의 유동장을 관찰하기 위해 고속 쉐도우그래프 기법을 적용하여 가시화 하였다. 계측된 영상의 후 처리를 통해 에틸렌 제트의 침투거리 및 충격파 구조를 분석하였고 공동의 유무에 따른 영향을 살펴보았다. Flow field characteristics of ethylene transverse jets in high enthalpy supersonic crossflows have been experimentally investigated to provide overall understanding of supersonic flow, mixing and combustion in scramjet combustor. The experiments were conducted in a shock tunnel to simulate the real flight condition using scramjet model combustor containing cowl and single fuel injection nozzle. As an optical visualization method, a shadowgraph technique was employed to capture flow-fields inside a combustor. By image processing the captured images, jet penetrating behaviors as well as shock structures were analyzed including the effect of cavity in combustor.