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스월러 플레어 출구길이가 모델 챔버내 유동에 미치는 영향에 대한 실험적 연구
유경원(Gyong Won Ryu),진유인(Yu In Jin),김용련(Yeong Ryon Kim),김홍집(Hong Jip Kim) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회지 Vol.20 No.6
A swirler is a flame holding device generating recirculation regions in a gas turbine combustor, and the flow pattern due to a swirler has major effects on the flame distributions, combustion efficiency, and characteristics of exhaust gas. An experimental study for a counter-rotating swirler has been conducted to find out effects of the mass flow rate ratio of the inner/outer swirler flow area, the pressure difference between the swirler inlet and outlet, and the flare exit length ratio on the flow patterns in a model combustion chamber by using PIV(Particle Image Velocimetry) technique.
스월러 유량비 및 플레어 출구길이가 모델 챔버내 유동에 미치는 영향에 대한 실험적 연구
유경원(Gyong Won Ryu),김용련(Yeong Ryon Kim),김홍집(Hong Jip Kim) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11
스월러는 가스터빈 연소기내에 재순환영역을 형성시켜 보염역활을 수행하는 기구로 스월러에 의해 형성된 유동패턴은 연소실내 화염의 분포, 연소 효율, 배기가스등의 연소기성능을 크게 좌우한다. 본 연구에서는 counter-rotating 스월러에 대해 레이저입자유속계 (Particle Image Velocimetry)를 이용하여 바깥쪽 스월러와 안쪽 스월러의 유량비가 다른 2종의 스월러 대한 스월러 양단 압력차 변화 및 플레어 길이비에 따라 변화하는 모델 챔버내의 유동형태를 실험적으로 고찰한 것으로, 실험결과 바깥쪽 스월러의 유동은 주 재순환영역(Central Toroidal Recirculation Zone)의 형태를, 안쪽 스월러의 유동은 스월러 벤튜리 출구에서의 재순환유동 강도에 영향을 미침을 알 수 있다. 바깥쪽 스월러의 유량이 많은 경우 플레어의 끝단 길이비에 따라 CTRZ 및 CRZ(Corner Recirculation Zone)의 형태를 제어할 수 있음을 알 수 있었다. Swirler plays as an flame holder generating recirculation regions and control the flame distributions, combustion efficiency, and characteristics of exhaust gas. This experiments was performed to find out the effect of mass flowrate ratio effect of inner/outer swirler flow area with counter-rotating swirler and flare exit length to flow patterns inside a model chamber using PIV(Particle Image Velocimetry) technique. As a result, outer swirler flow control CTRZ(Central Toroidal Recirculation Zone) and inner swirler flow control the strength of recirculation above swirler venturi exit. CTRZ and CRZ(Corner Recirculation Zone) are controlled by flare exit length when outer swirler has large mass flowrate.
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.
항공용 가스터빈 연소기 기본 설계 프로그램 개발 : Part 2 - 공기 유량 배분
김대식(Daesik Kim),유경원(Gyong Won Ryu),황기영(Ki Young Hwang),민성기(Seong Ki Min) 한국연소학회 2013 한국연소학회지 Vol.18 No.3
This study introduces the design methods for air flow distribution at the level of preliminary design, and reviews the typical combustion process and main functions of sub-components of aircraft gas turbine combustors. There are lots of design approaches and empirical equations introduced for air flow distributions at the combustors. It is shown that a decision on which design approaches work for the combustor development is totally dependent upon the objective of engine design, target performance, and so on. The current results suggested for preliminary air flow distributions need to be validated by combustor geometry checkups and performance evaluations for future works.
가스터빈 엔진 모델 버너의 공기과잉률에 따른 연소현상 연구
진유인(Yu-In Jin),유경원(Gyong-Won Ryu),김택현(Taek-Hyun Kim),김용련(Yeong-Ryeon Kim),민성기(Seong-Ki Min) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12
본 연구는 가스터빈 연소기의 핵심구성품인 연료노즐과 스월러에 대한 점화 및 화염의 보염성능을 확인하기 위한 실험적인 연구이다. 연소기 모델 버너에 사용된 연료노즐은 압력식 선회노즐이며, 동축반전 스월러(Axial Counter-rotating Swirler)를 장착하여 연료 미립화를 증가시키면서 화염의 보염성능을 높이도록 하였다. 연소기 모델 버너의 유동특성을 파악하기 위해 수류시험을 수행하여 연소기 내부에 강한 재순환영역이 분포하는 것을 확인하였으며, 공기과잉률 0.39 ~ 2.40 범위에 대하여 점화 가능영역과 화염의 보염특성 및 화염안정화 특성을 계측하였다. 연소기 버너 모델의 안정적인 점화 가능영역은 공기과잉률이 1.04 이내인 것으로 확인되었으며, 희박연소 한계값은 2.30 근처인 것으로 나타났다. 또한 연소기 버너 모델에서 공기과잉률이 증가할수록 완전연소 영역이 스월러 출구면으로 이동하는 것을 확인할 수 있었다. An experimental study was conducted to investigate combustion phenomena with respect to the air excess ratio(α) between 0.39 and 2.40 of the annual-type gas turbine model burner which consists of a pressure swirl nozzle and an axial-type counter-rotating swirler. Swirl-flow structure generated by the counter-rotating swirler was measured at water flow tests with same Reynolds number. The results showed that the strong recirculation zone clearly appeared in the combustor chamber. Stable ignition was possible at the air excess ratio below 1.04. LBO(Lean blow-out) limit appeared around the air excess ratio of 2.30. In addition, with the air excess ratio increase, flame was gradually close to the swirl exit.
진유인(Yu-In Jin),유경원(Gyong Won Ryu),민성기(Seong Ki Min),김홍집(Hong Jip Kim) 한국연소학회 2017 한국연소학회지 Vol.22 No.2
Aero gas turbine engines must demonstrate their ability to be ignited on ground conditions or relighted in flight. The electric spark ignition is usually used in current aero gas turbine engines. Experiments on ignition characteristics relating to spark igniter penetration depth under atmospheric pressure and temperature conditions were conducted on the model combustor which is scaled in 1/18. Exciter was operated during 2 seconds, and successful ignition phenomena were confirmed by the pressure rising sharply in combustor. In addition, instantaneous ignition images were captured by a high-speed camera. It showed kernel propagation and successful ignition events in the sector model combustor. Ignition test results showed that ignition limit with increase in penetration depth of the igniter plug was wider. When the penetration depth of the igniter plug increased under the same fuel injection pressure condition, successful ignition events were obtained in higher differential pressure conditions between inlet and outlet of the combustor. The results demonstrate that the ratio of the combustible mixture, which is exposed to the high temperature environment around the igniter plug tip, increases. Thereby affect the combustor ignition performance.