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김태권,박정,신현동,Kim, Tae Kwon,Park, Jeong,Shin, Hyun Dong 대한기계학회 1999 大韓機械學會論文集B Vol.23 No.6
An experimental investigation has been conducted with the objective of studying the mixing mechanism near the nozzle exit in a tone-excited jet diffusion flame. The fuel jet was pulsed by means of a loudspeaker-driven cavity. The excitation frequencies were chosen for the two cases of the non-resonant and resonant frequency identified as a fuel tube resonance due to acoustic excitation. The effect of tone-excitations on mixing pattern near the nozzle exit and flame was visualized using various techniques, including schlieren photograph and laser light scattering photograph from $TiO_2$ seed particles. In order to clarify the details of the flame feature observed by visualization methods, hotwire measurements have been made. Excitation at the resonant frequency makes strong mixing near the nozzle. In this case, the fuel jet flow in the vicinity of nozzle exit breaks up into disturbed fuel parcels. This phenomena affects greatly the combustion characteristics of the tone excited jet and presumably occurs by flow separation from the wall inside the fuel nozzle. As a result, in the resonant frequency the flame length reduces greatly.
층류화염에서 연료의 예혼합도(premixedness)에 따른 질소산화물(NOx) 및 일산화탄소(CO)생성 특성
김태권(Tae Kwon Kim) 한국자동차공학회 1997 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.1997 No.6_1
Experimental measurements of NOx and CO using chemiluminescent detection are made in laminar premixed flames with the aim of studying the effects of partial premixing of center fuel stream with air on NOx and CO formations. The measurements are taken in flames with an overall equivalence ratio of 0.5. fuel-tube equivalence ratios varying from 1.1 to 10. and a fixed fuel flowrate of 0.15slpm. The flames are categorized into two distinct types and one intermediate type of flame pattern. The intermediate dual-flame pattern is identified which minimizes the NOx emission index.<br/>
연료유량 변화에 따른 원추형 MILD 연소로의 수치적 해석
김태권(Kim, Tae Kwon) 한국산학기술학회 2014 한국산학기술학회논문지 Vol.15 No.6
MILD(Moderate and Intense Low Oxygen Dilution) 연소는 열효율 향상과 유해배출가스 저감의 상반된 관계를 해결하기 위한 하나의 각광받는 기술이다. 연소가스의 재순환을 이용하여 고온 연소시에 질소산화물을 낮게 유지함과 동시 에 연소로 내부온도를 균일화함으로써 열효율을 향상시킬 수 있는 기술이다. 본 연구는 실험실 규모의 노에서 원추형 MILD 연소기의 연소특성을 나타내고 있다. 연구의 조건은 공기의 유량은 일정하게 하면서 가스 연료 유량을 변화시켜 당량비를 변화시켰다. 이 결과 노 내에서 MILD 연소영역이 잘 구현되었고, 당량비 0.69~0.83의 범위에 걸쳐서 노(爐)내에서의 온도와 배출가스의 농도가 각각 예측되었다. 이 당량비 구간에서 최고화염온도 영역과 주 반응영역에서의 온도차가 약 300℃의 안정 적인 화염 영역의 존재를 확인하였다. MILD combustion is a highly favored technology for solving the trade-off relation between high thermal efficiency and low pollutant emissions. The system has low NOx concentration in high temperature combustion by recirculating the combustion gas, as well as improving the thermal efficiency by making the internal temperature in a combustion furnace uniform. This study describes the combustion characteristics of a conical MILD combustor in a laboratory-scale furnace by adjusting the equivalence ratio with the fuel gas flow rate while maintaining a constant air flow rate of the furnace. The MILD regime in the furnace is well characterized and the in-furnace temperature and emissions were predicted, respectively, for the range of equivalence of 0.69 - 0.83. For the range of equivalence ratios, this study confirmed the existence of a stable flame region that has an approximately 300℃ temperature difference between the maximum flame temperature region and main reaction region.
연료 및 공기 노즐 위치와 공기 유량 변화에 따른 MILD 연소 특성에 관한 해석적 연구
김태권(Tae Kwon Kim),심성훈(Sung Hoon Shim),장혁상(Huyk Sang Chang),하지수(Ji Soo Ha) 大韓環境工學會 2011 대한환경공학회지 Vol.33 No.5
연소과정 중에 발생하는 질소산화물을 저감하는 기술인 MILD 연소에 대하여 연료노즐과 공기노즐의 위치와 공기유량을 변화하면서 나타나는 연소특성을 수치해석을 통하여 연구하였다. 본 연구의 MILD 연소로는 연료노즐과 공기 노즐 사이에 연소배기가스의 배출구가 있는 연소로를 이용하였다. 공기노즐은 8개, 연료노즐은 4개를 사용하였다. 연료노즐이 연소로 중앙 부근에 위치한 연소로의 경우에 공기유량이 적을 때는 연소반응대가 연료노즐에서부터 연소로 벽면으로 치우치게 되지만 공기유량이 커지면 연소반응대가 연료노즐 측에서 시작하여 연료노즐 상부로 형성된다. 공기노즐이 연소로 중앙부분에 위치한 경우에 공기유량이 적을 때는 연소반응대가 공기노즐 부근에서 시작하여 연소로 벽면으로 치우치지만 공기유량이 증가하면 연소반응대가 연료노즐 측으로 옮겨가게 된다. 두 가지 경우 모두 공기유량이 증가하면 연소반응대에서 최대온도가 증가하고 따라서 배기가스에서의 NOx 농도가 증가한다. 두 가지 노즐 위치에서의 NOx 생성을 비교해 보면 공기노즐이 연소로 중앙에 위치한 경우가 연료노즐이 연소로 중앙에 위치한 경우보다 NOx 농도가 현저히 적음을 알 수 있었다. 본 연구의 결과로부터 NOx 저감과 연료의 미연가스 배출을 감안할 때 공기노즐이 연소로 중앙에 위치하고 이론공기량에 해당하는 공기량을 분출할 때 NOx 생성에 가장 효과적임을 알 수 있었다. A numerical analysis of reactive flow in a MILD(Moderate and Intense Low oxygen Dilution) combustor is accomplished to elucidate the characteristics of combustion phenomena in the furnace with the change of fuel and air nozzle position and air mass flow rate. For the case with the fuel nozzle located near center position of combustor, the reaction zone started at the fuel nozzle and had inclined shape toward combustor wall when the air mass flow rate was relatively smaller. On the other hand, the end of reaction zone moved toward center of combustor from combustor wall when the air flow rate was relatively larger. For the case with the air nozzle located near center position of combustor, the reaction zone started at the fuel nozzle and had inclined shape toward combustor wall when the air mass flow rate was relatively small, which was similar as the previous case with smaller air mass flow rate. On the other hand, the end of reaction zone moved toward combustor wall when the air flow rate was relatively larger. The maximum temperature increased as the air mass flow rate increasing for both cases, and the concentration of thermal NOx increased also from the previous reason of temperature characteristics. The concentration of NOx for the case with the air nozzle located near center position of combustor was considerably smaller than that for the case with the fuel nozzle located near center position of combustor. From the present study, the case with the air nozzle located near center position of combustor and theoretical air flow rate was the most effective condition for the NOx reduction and perfect combustion.