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김용련(Yeong Ryeon Kim),이형진(Hyoung Jin Lee),김세환(Sei Hwan Kim),정인석(In Seuck Jeung) 한국연소학회 2011 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.- No.43
수소는 차세대 친환경 에너지원으로 고압용기에 충전방식의 사용이 고려되고 있다. 이러한 고압수소는 용기의 파손에 따른 자발점화 현상들이 관찰되었으며 이러한 자발점화 발생 원인에 대한 연구들로 튜브 내 수소를 누출시키면서 점화 가능한 형상에 대한 실험적 연구와 수치해석들이 수행되어 왔다. 본 논문에서는 고압수소가 튜브 내에서 차단 격막의 파열로 급격히 분출되도록 하여 충격파 후단에 발생되는 점화현상을 압력과 광센서로 측정하고 유동가시화를 통하여 점화발생 현상과 화염 전파형태에 대한 실험결과를 기술하였다. 충격파이후의 접촉면과 압축공기 수소 혼합면, 화염의 위치, 점화지연 등을 분석하고 점화발생 위치와 점화 경계 조건에 대한 분석 등을 수행하였다.
가스터빈 엔진용 고속 베어링의 상세 설계를 위한 베어링 하중 조건에 관한 연구
김선제(Sun Je Kim),김용련(Yeong Ryeon Kim) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회지 Vol.19 No.4
The methodology to calculate loads on the bearings of the gas-turbine engine is presented for design of high-speed bearing. Firstly, the loads on the bearings are formulated according to the force and moment equilibrium with gyroscopic moment in three-dimensional space. Afterward, operating loading conditions of the engine are presented by applying the Joint Service Specification Guide, and magnitudes of transient and steady bearing loads are estimated based on the operating conditions. The calculated loading conditions of the bearings will be used for the essential design boundaries for the detail structural design and rig test.
가스터빈 엔진용 고속 베어링의 상세 설계를 위한 베어링 반력 및 작동 요구 조건에 관한 연구
김선제(Sun Je Kim),김용련(Yeong Ryeon Kim) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5
본 연구에서는 가스 터빈 엔진용 고속 베어링 설계 프로세스의 첫 단계로 엔진 작동 조건에 따른 베어링 하중을 도출한다. 대상 가스터빈 엔진은 팬/저압 압축기 및 저압 터빈 축을 지지하는 3개의 베어링과 고압 압축기 및 고압 터빈 축을 지지하는 2개의 베어링으로 구성되며, 각각의 베어링에는 공력부하, 자중, 가속에 따른 관성력에 의한 하중이 부가된다. 이에 3-D 공간상에서의 힘 평형 조건과 자이로스코픽 효과(Gyroscopic effect)를 고려한 모멘트 평형식을 유도한다. 최종적으로 JSSG(Joint Service Specification Guide)에 제시된 운용 요구 조건으로부터 과도상태 최대, 최소 베어링 하중 조건 및 정상상태 최대, 최소 베어링 하중 조건을 도출한다. 본 연구를 통해 확보된 베어링 작동 조건은 추후 설계단계인 베어링의 형상 설계와 성능 검증 시험의 경계 조건으로 유용하게 활용될 것이다. Operating conditions of high-speed bearings for a gas-turbine engine will be dealt in this paper as a first step of bearing design process. The target engine has five bearings; three for the LP shaft and two for the HP shaft, and air load, weight, and resultant acceleration are applied to each bearing as a form of combined force. Considering these boundary conditions, the equations of force and moment equilibrium in 3-D are derived including the gyroscopic effect and body acceleration. Afterward, by applying them into the JSSG(Joint Service Specification Guide) which is the guidance of air-craft design, transient and steady maximum and minimum reaction forces will be lastly presented. The calculated operating conditions of the bearings through this study, can be useful design boundaries for the detail structural design and test, in the next design step.
Coast Down 시험데이터를 이용한 가스터빈엔진 시동모델 연구
김선제(Sun Je Kim),김용련(Yeong Ryeon Kim),민성기(Seongki Min) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5
가스터빈엔진의 시동점화 조건 및 시동가속을 위한 크랭킹을 위해서는 엔진에 적합한 시동기를 선정하여야 하며, 이를 위해서는 엔진 시동 크랭킹 과정의 공력저항(Aerodynamic drag)을 예측하여 시동가능여부 및 시동시간을 판단하여야 한다. 본 논문에서는 기 개발엔진의 Coast down 시험을 통하여 획득된 엔진속도 프로파일 데이터를 바탕으로 엔진 주축에 인간되는 공력저항을 구하고, 압축기 성능을 기준으로 한 스케일링을 통해 대상엔진의 공력저항을 모델링하였다. 이후, 공력저항 모델과 공기시동기(ATS)의 토크 성능선도를 엔진 시동모델에 적용함으로써, 점화 이전 회전속도까지의 도달 시간 및 도달가능성을 판단하여 엔진시동에 적합한 시동기를 선정하는 방법을 제시한다. 본 연구결과는 Idle 조건 이전상황에서 불확실한 엔진의 공력저항을 모델링하기 위한 방안으로, 엔진의 시동시스템 기본 설계 시 유용하게 활용될 수 있을 것이다. Appropriate selection of the starter is essential for successful cranking of the gas-turbine engine. Thus, aerodynamic drag during cranking phase should be analyzed to assess the feasibility of the starter. In this paper, aerodynamic drag is modeled based on the speed profile from the engine coast down test, and it is scaled with respect to the target engine by comparing the compressor performance. Afterward, the govern equation of the starting phase is developed with the torque model of the starter, and the design scheme to select the feasible starter will be finally suggested. The proposed cranking model will be useful to perform a preliminary design of the starting system of the gas-turbine engine.
모델 챔버 dome 각에 따른 유동형태 변화에 관한 실험적 연구
유경원(Gyong Won Ryu),김용련(Yeong Ryeon Kim),김홍집(Hong Jip Kim) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5
가스터빈 연소기 dome은 주 연소영역에 필요한 공기를 유입시키는 역할을 수행한다. 주 연소영역에서의 유동형태는 스월러, dome 각, 주 공기공에서 분출되는 공기 제트, 화염에 의한 열전달, 분무된 연료의 상변화 등 여러 인자에 의해 복합적으로 형성된다. 스월러는 주 연소영역의 유동형태를 지배하는 대표적인 인자로 주 연소영역내에 강한 재순환영역을 형성시켜 연료와 공기의 혼합을 촉진시키고 화염을 보염시키는 역할을 수행한다. 본 연구는 dome 각의 변화가 스월러 유동에 미치는 영향을 이해하고자 스월러가 조립된 상압 모델 챔버 및 PIV(Particle Image Velocimetry)를 이용하여 실험적으로 고찰한 것이다. The Dome of gas turbine combustor rolls that the primary air flows through it to primary combustion zone. The flow pattern at dome region is very complex and governed by swirler, dome shpae, jets from primary dilution holes, heat transfer from flame and so on. Among them, the swirler is the major component to control the flow pattern near dome region. Swirler generates strong air recirculation inside the primary combustion zone and mixs fuel and air by recirculation. This experiments was performed to understand the effect of dome shape variation to swirl flow patterns inside a model chamber using PIV(Particle Image Velocimetry) technique.
고온/고압용 가스터빈 연소기 시험리그 및 설비 구축 현황
김민기(Min-Ki Kim),박진호(Jinho Park),박희호(Heeho Park),이동후(Donghoo Lee),유경원(Gyong Won Ryu),진유인(Yu-In Jin),김용련(Yeong-Ryeon Kim) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5
본 연구는 고온, 고압, 대유량 환경에서 운용되는 연소기의 성능시험을 위하여 필요한 설비 및 리그에 대한 전반적인 설계, 제작 및 구축 현황을 소개하고 각각의 공기공급, 연료공급, 열교환기 설비, 고압 연소기 시험리그, 냉각설비, 배기부 등의 설계근거에 대한 내용이다. 성능시험용 연소기는 항공용 직류환형이며 이를 장착할 수 있는 고압리그를 설계하였고 리그는 유입구의 온도, 속도 균일화 장치와 연소기 성능을 측정할 수 있는 센서 및 포트, 물냉각 배기단 시스템 등으로 구성되어 있다. 또한 높은 Turn-Down Ratio를 갖는 공기 및 연료 조건을 공급할 수 있는 배관, 컨트롤 밸브 등의 시스템을 설계하였으며 기본적인 배관, 열유동, 구조 해석을 통하여 설계를 검증하였다. This research introduces the overall design, manufacture and construction status of the high pressure combustor test rig and facilities in high temperature, high pressure and large flow condition. This paper contain the design methodology such as the air supply, fuel supply, a printed circuit type heat exchanger, high-pressure combustion test rig, water cooling and exhaust systems. The high pressure combustion test rig can be mounted the straight annular type combustor. And the rig is included the inlet air temperature and velocity uniformity device, the sensor port for the measuring of combustor performance data and water cooled exhaust systems. In addition, the pipe and control valve system were designed for the air and fuel mass flow rate supplying with a high Turn-Down Ratio. Also, all of the facilities and rig components are verified the thermal fluid and structural analysis.