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Counter Rotating Swirler 적용 모델 연소기의 폭 변화에 따른 화염구조 가시화
진유인(Yu-In Jin),김택현(Taek-Hyun Kim),유경원(Gyong-Won Ryu),김용련(Yeong-Ryeon Kim) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5
가스터빈 연소기의 형상설계인자 중의 하나인 연소실 돔 높이는 연소실 길이, 내부유동, 효율 등을 결정짓는 중요한 요소로 본 연구에서는 돔 높이의 변화에 대한 연소실 내부의 화염구조를 파악하기 위하여 모델 연소기의 폭을 변화시키며 모델 연소실 내부의 화염구조를 가시화하였다. 모델 연소기에 사용된 연료노즐과 스월러는 압력식 선회노즐과 동축반전 스월러이며, 화염 가시화를 위하여 UV 필터가 장착된 High-speed ICCD 카메라를 사용하였다. 실험에 적용된 연료유량과 공기공급온도는 일정하게 유지되었으며, 공기유량을 변화시키면서 공기과잉률을 변화시켰고 모델 연소기의 폭은 1.0W, 0.88W, 0.76W의 세 가지 조건을 고려하였다. 시험결과 모델 연소기의 폭이 감소함에 따라 벽면 양쪽의 화염강도는 증가하였으며, 연소실 중앙에 위치한 화염의 위치는 재순환 영역 폭의 변화와 벽면에서의 축 방향 속도 증가로 인해 스월러 출구 면으로 점차 가까워지는 것을 확인할 수 있었다. 또한 시험 조건범위 내에서 폭의 변화에 관계없이 화염은 안정적으로 유지되었다. In the present study, the flame visualization of the model combustor using a counter-rotating swirler was conducted to examine effects of dome height in aero gas turbine combustor. The dome height is an important design parameter in combustor design relating to combustor length, combustion load, flame structure and swirler configuration. In this study an OH* bandpass filter and a high speed ICCD camera were used to investigate flame structure with respect to model combustor width which simulates dome height in the gas turbine combustor. As a result, with the width decrease, the intensity of flame was stronger and flame was gradually close to the swirler exit because the CTRZ (Central Toroidal Recirculation Zone) width became narrow and the axial velocity at the wall was accelerated.
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.
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.
동축 반전 스월러의 플레어 각도변화가 스월러 유동에 미치는 영향 연구
김택현(Taek Hyun Kim),김성돈(Sung Don Kim),진유인(Yu In Jin),민성기(Seong Ki Min) 한국연소학회 2016 한국연소학회지 Vol.21 No.1
Swirler generates the overall swirling flow in the combustion chamber and this swirling flow governs the flame stability and enhances fuel atomization. This paper deals with the flare angle effects on flow streamlines, recirculation zone, Central Toroidal Recirculation Zone(CTRZ) and Corner Recirculation Zone(CRZ) in the model combustion chamber using counter-rotating swirler. 2D PIV system was employed to obtain the velocity components and test condition was obtained using Reynolds Analogy equivalent to air test. We observed transitional flow patterns of flare angle increased. The obtained results show that the flare angle controls the behavior of Recirculation zone, Central Toroidal Recirculation Zone and Corner Recirculation Zone.
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.