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환형 연소기에서 배기 노즐이 방위각 방향 열음향학 현상에 미치는 영향
김용제(Yong Jea Kim),신동혁(Dong-Hyuk Shin) 한국추진공학회 2020 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.7
본 연구에서는 환형 연소기에서 배기 노즐이 방위각 방향의 열음향학 현상에 미치는 영향을 조사하였다. 준-정상 상태의 질식 조건을 만족하는 배기 노즐의 입구에서의 음향파 경계 조건을 노즐 목에서의 질식 조건으로부터 유도하였다. 이를 이용하여 배기 노즐이 설치된 환형 연소기 내 압력파(음향파) 전파의 이론적, 수치적 연구를 수행하였다. 환형 연소기 내 초기 조건으로 진행파 형태의 압력 진동이 주어졌을 때, 반대 방향으로 진행하는 진행파를 생성하며 연소기 내 압력 진동이 시간이 지남에 따라 감쇄되는 것을 확인하였다. 충분한 시간이 지난 후에 정상파 형태의 압력 진동이 형성되었으며 이 정상파의 압력 마디는 배기 노즐의 위치에 형성되었다. This paper investigated the effects of an exhaust nozzle on azimuthal thermo-acoustics in annular combustors. We extended a derivation for the acoustic boundary condition for the entrance of a quasi-steady choked nozzle. Analytical and numerical studies on an annular combustor with an exhaust nozzle were performed. An initial travelling wave oscillation in the annular combustor was damped and generated a counter-travelling wave. In the long term, a standing wave was formed with its pressure node being established at the location of the nozzle.
김용제(Yong Jea Kim),신동혁(Dong-Hyuk Shin) 한국추진공학회 2020 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.11
본 연구에서는 환형 연소기 내 열음향학 해석을 위한 수치 해석 코드를 개발 및 검증하였다. 1차원 음향 진동을 좌표의 ±방향의 진행파들로 분해하여 음향파 전파의 수치 해석을 구성하였다. 이러한 진행파들의 경계면에서와 배기 노즐이 환형 연소기에 접합된 T-junction에서의 반사와 상호 작용을 모델링하여 경계 조건들을 구성하였다. 개발된 수치 해석 코드를 엄밀해를 갖는 3개의 덕트가 T-junction을 통해 연결된 시스템 내 음향학 해석에 적용하였고 엄밀해와 비교 검증하였다. T-junction 시스템의 엄밀해를 구하였고, 수치 해석의 초기 조건으로 고유 함수 엄밀해를 설정하였을 때 고유 함수 형태의 압력 진동이 유지되며 엄밀해의 모드 형상을 따르는 것을 확인하였다. 또한, 수치 계산이 수행됨에 따라 감쇄와 왜곡이 없는 음향파(압력파)의 전파를 확인하였다. This paper developed and validated a numerical code to investigate the azimuthal thermo-acoustics in annular combustors. We developed a code to solve the acoustic wave equation on piece-wise connected one dimensional ducts. The developed numerical code was applied to the acoustics of a system that is composed of 3 ducts connected at one location, the so-called T-junction. The analytic solution of the system was used to validate the code. Analytic solution were used as initial conditions, and it was observed that the oscillation shape were well maintained and followed analytic mode shapes. We also verified that acoustic waves propagate without dissipation or distortion over time.
조화진동 난류 예혼합 화염의 운동학: DNS 기반 수소 혼소 화염
김강환(Kanghwan Kim),김용제(Yong Jea Kim),신동혁(Dong-hyuk Shin) 한국연소학회 2022 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.2022 No.5
This paper uses direct numerical simulation (DNS) to characterize the kinematics of ensemble-averaged flame position in harmonically oscillating turbulent premixed flames. The flames are stabilized on a harmonically oscillating flame holder. The fuel consists of methane and hydrogen at volume ratio 10:3, and is mixed with air at the stoichiometric ratio. The flame with 4% turbulence intensity is simulated for 20 forcing periods for ensemble averaging. Instantaneous flame positions are extracted from iso-contours of a fixed temperature of 1178 K, which represents the reaction zone. The instantaneous flame positions are then averaged over the same phase of the forcing period. The turbulent flame speed and ensemble-averaged flame position. The turbulent flame speed shows strong linear correlation with the ensemble-averaged flame curvature, if time delays are applied. The ensemble-averaged tangential velocities and normal velocities are shown to correlate with the spatial derivative of the ensemble-averaged flame position with exponential functional shapes.