4단 화격자 목재 펠릿 보일러의 부분부하 연소해석

안준(Joon Ahn),장준환(Jun Hwan Jang) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集B Vol.38 No.4

본 연구에서는 4단 화격자로 구성된 목재 펠릿 보일러의 연소실에 대하여 수치해석을 수행하였다. 목재 펠릿의 화염은 화격자에서 연소실 출구까지 신장되는 데 이 현상이 균질 반응에 기반한 수치해석 기법으로 잘 예측되었다. 수치해석으로 구한 유동장을 보면 연소실 상류에서 출구쪽으로 강한 재순환 유동이 형성되는데 이 유동을 따라 화염이 신장된다. 이와 같은 유동 및 연소 형태는 부분부하 조건에 대하여 수치해석을 수행하였을 때도 유지되었다. 따라서 연소실의 체적을 변경하는 것보다 연소실의 구조를 변경하는 것이 연소 효율을 개선하는 데 도움이 될 것으로 보인다. 본 연구에서는 수치해석 결과를 바탕으로 연소 효율을 높이기 위하여 연소실 출구 위치 변경하거나 화격자 개수를 늘이는 방안 또는 격벽과 같은 내부 구조물을 설치하는 방안을 제안하였다. A numerical simulation was conducted for the combustion chamber of a 4-step grate-firing boiler for wood pellet fuel. The flame is extended to the exit of combustion chamber, which is reproduced by present numerical method based on a homogeneous reaction model. Flow field from the simulation shows a strong recirculation flow at the upstream corner of the chamber, along which the flame is extended to the exit. These combustion and flow characteristics remain unchanged for partial load operations, which suggest modification of the combustion chamber structure rather than resizing should be effective to improve combustion characteristics. Possible modifications for combustion chamber are suggested such as relocating its exit, increasing the number of grate steps or installing internals such as guide baffles.

복합각도를 갖는 막냉각의 큰에디모사

안준(Joon Ahn),백승일(Seung Il Baek) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.5

본 연구에서는 복합 각도를 갖는 막냉각에 대해 큰에디모사 (LES: Large Eddy Simulation)를 수행하였다. 경사각 35 도에 대해 방향각을 단순 각도인 0 도와 복합 각도인 30 도에 대해 시뮬레이션을 하여 비교하였다. 분사비는 0.5, 1.0 2가지를 고려하였고 기하형상 및 유동 조건은 Jung and Lee(1)의 실험 조건을 취하였다. 복합 각도 막냉각 문제에서 LES 및 실험과 비교하여 난류 모형들의 특성을 파악하기 위해 RANS 도 수행하였다. RANS 에서는 realizable k-ε, k-ω SST, RSM의 3 가지 난류 모형을 비교하였다. RANS는 온도장 및 유동장 형태를 대체로 실험 및 LES 와 유사하게 예측하였다. 그러나 단순 각도에서는 막냉각 제트에 발생하는 콩팥와류(CRVP: Counter Rotating Vortex Pair)가 벽면 위에서 충돌하면서 상승하는 지점이 실험 및 LES와 차이를 보였다. 복합 각도에서는 CRVP 가 단일 와류로 변경되는 지점을 LES 와 다르게 예측하였다. RANS 로 잘 예측되지 않았던 단열막냉각 효율은 LES 로 잘 예측되었다 (Figure 1). RANS는 막냉각 제트가 벽면에서 뜨는 현상이나 주유동과의 혼합을 적절히 예측하지 못하여 막냉각 성능을 정확하게 예측하지 못했고 모든 조건에서 상대적으로 잘 예측하는 난류 모형은 발견되지 않았다. 복합 각도의 경우 분사비 1.0에서 막냉각 제트의 재부착이 단순 각도일 때보다 RANS 로 잘 예측되었다. 난류강도는 막냉각 제트에서 발생한 와류의 상향류가 발생하는 지점에서 크게 나왔고 온도 변동은 난류강도가 최대가 되는 영역의 경계면에서 크게 나타났다. 복합 각도로 분사하면 온도 변동이 약간 감소하는 것으로 예측되었다. (그림은 본문 참조)

매트 형태의 예혼합 촉매 버너를 활용한 25 ㎾급 건조기의 성능 특성

안준(Joon Ahn),김혁주(Hyouck Ju Kim),송광섭(Kwang Sup Song),최규성(Kyu Sung Choi),송대석(Dae Seok Song) 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.11

A catalytic burner has been developed to utilize thermal energy from the fossil fuel without nitrogen oxides (NOx) emission. The burner is shaped into a mat to maximize the heating surface. Premixed combustion has been developed to be used in a closed chamber, such as a radiation type industrial dryer. The burner yields the thermal energy in the form of thermal radiation in the infrared regime, which is proved to be effective to dry organic substances for low moisture condition. Thermal efficiency including the sensible heat is better correlated to the moisture compared to the dry rate.

사각 또는 반원 형상의 요철이 설치된 채널 내부의 유동 및 열전달의 큰에디모사

안준(Joon Ahn),최해천(Haecheon Choi),이준식(Joon Sik Lee) 대한기계학회 2004 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2004 No.4

The internal cooling passage of a gas turbine blade can be modeled as a ribbed channel. Most studies have considered square ribs. However, the ribs can be rounded due to improper manufacturing or wear during the operation. Hence, we have studied two different rib geometries in this study, i.e. square and semicircle ribs. We have performed large eddy simulations (LES) and experiments to validate the results from the simulations. LES predicts the detailed flow and thermal features, which have not been captured by simulations using turbulence models. By investigating the instantaneous flow and thermal fields, we propose the mechanisms for the local heat transfer distribution between ribs. For both the geometries, heat transfer is enhanced by the entrainment of the cold fluid by the vortical motions and impingement of the entrained cold fluid on the ribs.

전방 확장홀을 갖는 막냉각의 큰에디모사

안준(Joon Ahn),백승일(Seung Il Baek) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.08

터빈 입구 온도를 높여 가스터빈의 효율을 높이기 위해 고성능 가스터빈의 첫 단 터빈 블레이드에는 표면에 구멍을 뚫어 냉각 유체를 분사하여 단열막을 만드는 막냉각을 적용하고 있다. 막냉각 유체의 공급량이 늘릴 경우 냉각 유체가 벽면에서 뜨면서 표면을 잘 보호하지 못하는 것이 문제인데 이를 해결하기 위해 홀 출구의 면적을 넓히는 확장홀을 최근 많이 도입하고 있다. 확장 홀은 복합각도와 함께 적용하면 폭방향의 균일도를 높여 보다 효과적일 수 있다. 본 연구에서는 전방 확장홀을 갖는 막냉각에 대해 큰에디모사(LES: Large Eddy Simulation)를 수행하였다. 경사각 35 도에 대해 방향각을 단순 각도인 0도와 복합각도인 30도에 대해 시뮬레이션을 하여 비교하였다. 분사비는 0.5,1.0 2가지를 고려하였고 기하형상 및 유동 조건은 Lee 등 ⁽¹⁾의 실험 조건을 취하였다. 복합 각도 막냉각 문제에서 LES 및 실험과 비교하여 난류 모형들의 특성을 파악하기 위해 RANS도 수행하였다. LES를 하면 RANS로 과예측 되었던 구멍 근처의 좁은 영역에서 실험과 유사한 막냉각 효율을 예측할 수 있었다 (Figure 1). LES 로는 RANS 로 정확히 예측되지 않았던 난류 강도를 정확히 예측할 수 있었다. 원통형 홀과 비교할 때 확장홀 출구에서의 단면적 증가에 의해 수직 방향의 공급 속도가 감소하기 때문에 확장홀 수직 방향의 속도 변동이 원통형 구멍의 것에 비해 크게 감소한다. 온도 변동은 속도 변동이 큰 영역을 둘러싼 영역으로 나타난다. 또한 단순각도인 전방 확장 구멍의 경우 LES 윤곽선의 최대 온도 변동이 복합각도일 때보다 클 것으로 예측되었다. 이를 통해 단순각도에 대한 혼합 강도는 복합각도일 때보다 클 것으로 예측되었다. 그 결과 복합분사각에서 더 높은 막냉각 효율이 나타났다. 실험에서 얻은 유동 가시화 윤곽선과 LES 결과는 전방확장 구멍의 앞쪽 가장자리 주변의 흐름 반전을 명확하게 보여주지만 RANS 결과는 구멍의 뒤쪽 가장자리 주변의 유입되는 속도가 더 낮기 때문에 이 현상을 예측하지 못했다. 원통형 홀보다 확장홀으로의 주유동의 역류가 구멍의 하류 필름 냉각 성능에 영향을 미칠 수 있다는 점을 고려할 때, 주유동의 역류가 발생하는 역류의 예측이 중요한데 LES의 경우 단순분사각, 복합분사각 모두 적절히 예측을 했으나 RANS의 경우 단순 분사각의 상류 영역에서 제대로 예측하지 못하였다. (그림은 본문 참조)

온수, 증기 동시 발생형 가스엔진 열병합발전의 배열회수 특성 : 100 ㎾급 모형 실험

안준(Joon Ahn),김혁주(Hyouck Ju Kim),최규성(Kyu Sung Choi),송대석(Dae Seok Song) 대한설비공학회 2008 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2008 No.2

The present study has been conducted to develop a heat recovery system for a 1 MW class gas engine based cogeneration system. In the cogeneration system, heat is recovered from two parts, which are jacket water and exhaust gas. The heat from the jacket water is recovered by a plate type heat exchanger and used for the room heating and/or hot water supply. The heat from the exhaust gas is used to generate steam. For both of the heat recovery devices, 1/5 scaled tests are performed and the data are compared to the conventional correlations for the design.

관류보일러에서 화염분할 VIStA 버너의 연소특성

안준(Joon Ahn),김혁주(Hyouck Ju Kim),최규성(Kyu Sung Choi) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集B Vol.36 No.4

본 연구에서는 VIStA (Vortex Inertial Staged Air) 버너를 개조하여 관류보일러에 적용하였다. 2차 공기를 노즐을 통해 공급하던 원형과 달리 선회기를 통해 공급함으로써 화염을 안정화하고 일산화탄소(CO)의 발생량을 저감하였다. 그러나, 이러한 개조과정에서 질소산화물(NOx)의 발생이 증가하는 문제가 발생하였다. CO와 NOx 발생량을 함께 제어하기 위하여 본 연구에서는 화염분할을 적용하였다. VIStA 버너는 2개의 연소실이 있고 각각의 연소실에 공급되는 공기량을 댐퍼로 조절하며 3가지 종류의 화염분할 장치를 설계, 장착하여 공기비, 연소부하에 따른 연소 특성을 파악하였다. 화염분할을 통하여 CO 농도 증가는 10 ppm 이내로 유지하면서 NOx의 발생량은 25%까지 저감하는 결과를 얻었다. A modified VIStA (Vortex Inertial Staged Air) burner has been developed and applied to a once-through type boiler. The secondary air is supplied through a swirler instead of nozzles, which stabilizes the flame and reduces carbon monoxide (CO) emissions. However, the modification increases the emission of nitrogen oxides (NOx). To balance emissions of the two pollutants, a divided flame was adopted. An air damper was installed to control the distribution of air to each combustion chamber, and three types of flame dividers were studied. The effects of the air-fuel ratio and combustion load on the NOx formation were investigated. The divided flame was found to reduce the NOx emission up to 25%, while keeping the CO to less than 10 ppm.

자연모사 표면을 이용한 유분리기의 실증실험

안준(Joon Ahn),장성일(Seongil Jang),임시형(Si Hyung Lim) 대한기계학회 2013 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2013 No.5

0.5 t/h급 관군연소 보일러의 열전달 특성

안준(Joon Ahn),김종진(Jong Jin Kim),강새별(Sae Byul Kang) 대한기계학회 2007 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2007 No.10

A 0.5 t/h class non-furnace boiler has been developed aiming at high efficiency and compactness. Metal fiber type burner has been adopted to secure the flame stability. The tube banks are installed at the downstream of the burner. Bare tubes are used at the upstream, while finned tubes are installed at the downstream. Heat transfer characteristics of the non furnace boiler have been explored based on the experiment and numerical simulation. Important design parameters such as bulk temperature along the streamwise direction, the temperature of fin tip, have been extracted from the CFD results and compared with the experimental data. These data have been composed into a thermal design program for the non-furnace type boiler.

LP-EGR이 적용된 디젤 엔진 인터쿨러용 알루미늄 튜브의 내식성 향상

안준(Joon Ahn),하석(Seok Ha),곽동호(Dongho Kwak),정병준(Byungjun Jung) 한국자동차공학회 2012 한국 자동차공학회논문집 Vol.20 No.6