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모형 가스터빈 연소기에서 스월수에 따른 유동 특성에 관한 실험적 연구
Experimental Study of Flow Characteristics with Swirl Number on Dump Combustor 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.20 no.4 = no.68, 2011년, pp.338 - 345  

박재영 (부산대학교 기계공학부 대학원) ,  한동식 (부산대학교 기계공학부 대학원) ,  김한석 (한국기계연구원) ,  송주헌 (부산대학교 기계공학부) ,  장영준 (부산대학교 기계공학부) ,  전충환 (부산대학교 기계공학부)

초록
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희박예혼합 가스터빈 연소기에 적용되는 스월 유동은 연소효율증가와 배기가스저감을 목적으로 적용된 것로 연소기 내 유동장의 전단층생성에 의한 재순환영역이 생성되게 한다. 이러한 재순환영역은 연소가스 재순환에 의한 화염온도와 화염길이를 낮추는 효과를 가지고 있다. 또한 희박연소에서 연소불안정성 억제효과도 있다. 본 연구에서는 모형가스터빈연소기에서 스월러를 이용하여 스월유동을 유도하고, 연소기 노즐에서 평균속도가 일정 할 때의 스월수 증가에 따른 유동장의 속도분포 특성을 분석하였으며 이때 PIV 계측 실험과 난류통계기법을 이용하여 난류인자들을 도출하였다. 스월수의 증가는 연소기 내부 유동장의 형태가 바뀌게 되고, 재순환영역의 위치가 연소기 노즐방향으로 이동하게 되어 화염길이를 줄여 주며, 난류강도와 난류길이 스케일이 감소하게 되어 에디의 크기가 작아짐을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The swirl flow applied for high efficiency and reduction of emission such as NOx, CO in a gas turbine engine makes recirculation zone by shear layer in the combustion chamber. This recirculation zone influences a decreasing flame temperature and flame length by burned gas recirculation. Also it is a...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 모형 가스터빈연소기에서의 스월강도에 따른 유동특성을 파악하는 것으로 비연소장에서 입자영상유속계(PIV)를 이용해 수행되었다. PIV실험을 통해 얻어진 순간속도장들을 이용하여 평균속도장의 속도분포와 난류강도, 난류 kinetic energy, 길이스케일을 통해 스월강도 변화에 따른 유동장의 특성을 파악하여 연소기 유동특성에 대한 기초자료로 제공하고자 한다.

가설 설정

  • 본 실험에서는 스월유동에 의한 평면의 유동속도 데이터를 얻기 때문에 반경방향의 속도성분은 w-속도성분과 같다고 가정한고 계산된 kinetic energy로부터 아래와 같이 난류강도(u')를 구할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스월유동을 얻는 방법 중 무엇이 연구에 주로 쓰이고 있는가? 스월유동을 얻는 방법 중 베인형태의 스월러를 사용하는 것과 사이클론형태의 스월러를 이용하는 방법이 연구에 주로 쓰이고 있다. 덤프연소기 내 스월러에 의해 생성된 연소 유동장은 내부재순환영역(IRZ: Inner Recirculation Zone)과 외부재순환영역(ORZ: Outer Recirculation Zone), 주유동영역(Inflow Region)을 가지게 된다.
스월유동은 무엇에 이용되어지고 있는가? 최근 가스터빈엔진의 연소기에 적용되어지고 있는 스월유동은 재순환영역 생성에 따른 화염길이의 감소와 반응영역에서의 체류시간을 증대시켜 연소효율을 높이는데 이용되어지고 있다. 스월유동은 주 연소실 내의 연료-공기 혼합을 증대시키고, 연소기 내부의 화염길이를 감소시켜 연소실의 길이와 부피를 줄일 수 있게 해 준다.
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참고문헌 (11)

  1. Gupta, A. K., Lilley, D. G. and Syred, N., 1984, "Swirl flows," Abacus Press, Turhbridge Wells, England. 

  2. Coghe, A., Solero, G., and Scribano, G. Recirculation phenomena in a natural gas swirl combustor. Expl Thermal Fluid Sci., 2004, 28, 709-714. 

  3. Nejad, A. S. and Ahmed,S. A. Flow field characteristics of an axisymmetric udden-expansion pipe flow with different initial swirl distribution. Int. J. Heat Fluid Flow, 1992, 13(4), 314-321. 

  4. Nejad, A. S. and Ahmed, S. A. Swirl affects on confined flows in axisymmetric geometries. J. Propuls. Power, 1992, 8(2), 339-345. 

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  7. Brum, R. D. and Samuelsen, G. S. Two-component laser anemometry measurements of non-reacting and reacting complex flows in a swirl stabilized model combustor. Expl Fluids, 1987, 5, 95-102. 

  8. Sheen, H. J., Chen, W. J., and Jeng, S. Y. Recirculation zones of unconfined annular swirling jets. AIAA J., 1996, 34(3), 572-579. 

  9. Sarpkaya, T. Vortex breakdown in swirling conical flows. AIAA J., 1971, 9(1), 1792-1799. 

  10. So, R. M. C., Ahmed, S. A., and Mongia, H. C. Jet characteristics in confined swirling flow. Expl Fluids, 1985, 3, 221-230. 

  11. Turns, S. R., "An Introduction to Combustion : Concepts and Applications," 2nd Edition. 

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