비회체 열복사 연계 LES 분무 연소 해석을 통한 가스터빈 연소기 내의 연소 및 배출 특성에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

고효율 및 저공해 연소기 설계 기술은 국가 기간산업인 항공, 철강, 화학, 그리고 조선 분야에 이르기까지 다양한 산업에서 핵심적으로 필요로 하는 기술이다. 하지만 이러한 연소기 설계 기술, 특히, 항공기 추진기관 및 열병합발전 연소기로 사용되는 가스터빈 엔진의 연소기술은 항공기 개발의 핵심분야일 뿐만 아니라 상업적 이용에 따른 경제 및 국가안보적 가치가 매우 크기 때문에 선진국 및 선진기업이 기술이전을 극히 꺼리는 분야로서 전 세계에서 소수의 대형업체만이 이러한 고효율 및 저공해 연소기 설계 및 개발 능력을 보유하고 있다. 따라서 본 연구에서는 열복사 연계 LES 전산해석을 통한 가스터빈 연소기 내의 연소 및 배출특성에 관한 기초연구로서, 복사 열전달 해석 및 LES 연소에 관한 기초연구를 수행하였다. 본 과제를 통하여 비정상 열복사 해석 코드 개발, LES 프로그램 (조지아텍 항공우주공학과 Menon 교수 실험실 코드) 활용한 연소해석, 열복사 프로그램의 병렬화, 그리고 LES 프로그램과 열복사 코드의 결합 및 이를 활용한 Sandia Flame D의 초기계산을 연구를 수행하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Combustion processes play an important role in a wide variety of industrial applications such as gas turbine combustor for aerospace and cogeneration industry, reheating furnace for steel production, and diesel and gasoline engines for automotive engineering. In many of these fields, the chemical zone exists in a turbulent dynamical environment including unsteady flow motions characterized by wide range of length and time scales. To simulate these complex turbulent motions, there exist so many solution methods such as (1) Raynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) model, (2) Large Eddy Simulation (LES), and (3) Direct Numerical Simulation (DNS). In general, it is well known that DNS, in which all scales are resolved and no models are used, of turbulent reacting flows are not practical since the resolution and computational resource requirements far exceed the computational capability available at present and possibly in the near future. Also, traditional models such as RANS approaches have only limited success because the large eddies containing most of the flow energy are strongly dependent on the geometry of the combusting flow considered in engineering applications, and small eddies are more universal in character and serve mainly as a source for dissipation. In LES approach, however, large scale flows are directly resolved whereas the effect of small turbulent scales are modeled through mathematical and physical considerations. Therefore, in this work, numerical anaylsis on turbulent combustion was conducted by using the LES. Also, thermal radiation which is important in the high temperature equipment was adopted with the finite volume method. Through this work, such various studies as (1) development of transient radiative transfer anaysis code, (2) parallelization of the radiative heat transfer code, (3) combination of the program on the LES and thermal radiation, and (4) study on the turbulent combustion with the Sandia Flame D are performed, and some results was published in the international journal as original research paper with the host professor in visiting institute.