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문제 정의
- 이 중, 본 논문에서는 연소 불안정 주파수 및 현상이 발생하는 조건 등의 예측을 위하여 보편적으로 시도되고 있는 열음향 해석 모델을 소개하고자 한다. 기존의 연구들이 이러한 해석 모델의 적용이 기초 버너 시험 등의 단순한 형상의 연소기에 제한되었던 반면, 본 연구에서는 실제 산업용 가스터빈에서 측정된 연소 불안정 측정 결과와의 비교를 통하여 해석 모델의 적용 확장과 제한 사항들을 검토하고자 한다.
- 본 연구에서는 가스터빈 희박 예혼합 연소기에서의 연소 불안정을 해석하기 위한 노력으로서, 불안정파의 고유 주파수와 성장률을 예측하는 열음향 해석 모델이 개발되었다. 이를 위하여, 주어진 노즐과 연소기 시스템에서의 선형 해석 모델에 요구되는 분석학적 선형 관계식이 유도되었고, 선형 시스템 안정성 해석 모델로부터의 고유 주파수 해석 방안이 구축되었으며, 성장률 해석 방법이 제시되었다.
- 상기한 노즐과 더불어 가변 길이 연소기로부터의 실험 결과가 연소 예측 모델 개발을 위하여 사용되었다. 이 연소기는 Fig.
- 이를 위한 다양한 연소 불안정 예측과 해석 기술에 대한 개발이 이루어져 오고 있다[1-5]. 이 중, 본 논문에서는 연소 불안정 주파수 및 현상이 발생하는 조건 등의 예측을 위하여 보편적으로 시도되고 있는 열음향 해석 모델을 소개하고자 한다. 기존의 연구들이 이러한 해석 모델의 적용이 기초 버너 시험 등의 단순한 형상의 연소기에 제한되었던 반면, 본 연구에서는 실제 산업용 가스터빈에서 측정된 연소 불안정 측정 결과와의 비교를 통하여 해석 모델의 적용 확장과 제한 사항들을 검토하고자 한다.
가설 설정
- ∙ 짧은 화염의 가정 : 본 연구 모델에서는 화염이 극히 짧다고 가정하였으나, 실제 화염의 경우 일부 조건에서는 다소 길게 계측되었다. 따라서, 음향파의 jump condition에서의 오류, 또는 공간적으로 넓은 화염 분포에 따른 n-τ 모델의 부정확성을 증가시키는 요인으로 작용할 수도 있다[6,8].
- 또한 식 (15)의 비정상 열발생을 구하기 위하여 참고문헌[8,10]에 소개되었던 화염 전달 함수의 측정 결과가 사용되었다. 출구에서는 음향학적인 측면에서 완전히 닫혀 있는 경계 조건으로 가정하여 반사 계수 R1과 R2를 모두 1이라고 가정하였다. 그러나 본 연구에서와 같이 쵸킹 입구의 경우 입사되는 음향파의 일부를 흡수하여 실제로는 1보다 작은 반사 계수를 가질 수 있다[12].
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