$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

가스터빈 연소기의 연소장 해석을 위한 스월 예혼합 버너의 수치적 모델링에 관한 연구
Study of Numerical Modeling of Swirl-Premix Burner for Simulation of Gas Turbine Combustion 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.37 no.2 = no.329, 2013년, pp.161 - 170  

백광민 (세종대학교 기계공학과) ,  손채훈 (세종대학교 기계공학과)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

Double cone 버너를 장착한 스월 예혼합 연소기에 대한 유동 및 연소 특성을 분석하여 swirler 모델을 이용한 수치적 모델링 방법을 제시하였다. 버너 출구에서 형성되는 내부 재순환 영역을 근사적으로 구현하도록 swiler의 내 외경을 각각 56 mm, 152 mm로 결정하였으며 이를 토대로 유량, 반경 반향 속도를 결정하였다. 접선 방향 속도의 설정을 위해 swirl 각도와 재순환 각도를 도입하였으며 40 m/s인 경우 유사한 내부 재순환 영역이 형성되었다. 라이너 출구에서 온도와 속도의 오차는 각각 2.8%, 0%로 작았지만, NOx의 경우 67% 가량 감소한 결과를 보였다. Swirler 모델은 EV 버너의 유동 및 연소 특성을 근사적으로 모사하는 모델의 하나로서 정량적 평가 인자에서 오차를 보이지만, 유동 및 화염, NOx 형성 영역의 경향성이 유사하므로 swirler 모델을 채택하여 복잡한 형상의 발전용 가스터빈 연소기의 효율적인 수치해석이 타당할 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The flow and combustion characteristics in a premixed swirl combustor with a double cone burner are numerically analyzed to adopt a swirler model. The internal recirculation zone formed at the burner exit can be realized by a swirler with inner and outer diameters of 56 and 152 mm, respectively, and...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 이를 해결하기 위하여 여러 가지 방법이 제안되었고, 가장 대표적인 것이 개별 구성품을 단순화된 모델로 모사하는 방법이다. 본 연구에서는 EV 버너의 유동 및 연소 특성을 근사적으로 구현하는 swirl 모델을 수립하여 제시하였다.
  • 이러한 방법을 적용하기 위해서는 단일 버너를 다른 단순화된 모델로 대체하는 작업이 필요하다. 본 연구에서는 EV 버너의 유동 및 연소 특성을 근사적으로 구현하는 swirler 모델을 수립하고 검증하였다. 이를 통해 수치 해석의 제약을 최소화하고 다양한 운전 조건하에서 연소 성능 및 오염 물질 저감을 파악하기 위한 효율적인 계산을 가능하게 하고자 한다.
  • (11) 1단계 반응은 연소장을 상세하게 모사하기 위해 사용되기보다는 평균적인 유동 장의 특성을 거시적으로 파악하기 위한 용도로 사용된다. 본 연구에서는 swirler 모델을 수립하고 연소장 예측에의 적용성을 조사하는 것을 목적으로 하기 때문에 단순한 반응 모델을 선택하였다. 즉, 반응 모델과 swirler 모델은 서로 독립적인 것으로 간주할 수 있으며, swirler 모델이 적용가능하다면 이후 상세 화학반응 모델을 적용하는 것도 가능할 것이다.
  • 본 연구에서는 EV 버너의 유동 및 연소 특성을 근사적으로 구현하는 swirler 모델을 수립하고 검증하였다. 이를 통해 수치 해석의 제약을 최소화하고 다양한 운전 조건하에서 연소 성능 및 오염 물질 저감을 파악하기 위한 효율적인 계산을 가능하게 하고자 한다.
  • 다수의 버너를 채택한 수치해석의 경우, 격자수의 증가로 상당한 계산 시간이 소요되는 문제가 있다. 이에 대한 대안으로 버너를 swirler로 대체하고자 한다. 이러한 swirler 모델은 공급된 공기가 air slit으로 나누어지는 wind box와 공기와 연료가 혼합되는 double cone버너를 형상 모델링에서 제외하고(즉, swirler로 대체하고) 연소가 발생하는 liner 부분을 형상 모델링에서 고려하다.

가설 설정

  • NO의 경우 NO 발생으로 인한 열 발생을 무시할 수 있고 유동 결과에 영향이 없다는 가정하에 후처리로 계산이 가능하다. 따라서 연소 해석 결과로부터 thermal NO의 발생률을 다음의 식으로 계산하였다.
  • 44에 해당) 상당히 희박한 조건에서 연소가 일어난다. Swirler 모델의 경우 동일한 공연비로 예혼합된 혼합가스를 연료로 가정하였으며 공기와 연료의 평형온도를 계산하여 예혼합 가스의 온도로 결정 하였다.
  • 메탄(CH4)을 연료로 가정하였으며 연소 반응으로 메탄의 1단계 화학 반응(1-step global reaction) 을 채택하였다.(11) 1단계 반응은 연소장을 상세하게 모사하기 위해 사용되기보다는 평균적인 유동 장의 특성을 거시적으로 파악하기 위한 용도로 사용된다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
천연가스가 주목받는 연료인 이유는 무엇인가? 천연가스는 점차 강화되는 환경 규제를 만족시킬 수 있는 고효율 에너지원의 하나로서 주목받고 있는 연료이다. 천연가스로 작동하는 실용 연소기는 배기가스 발생량이 적으며 출력당 가장 적은 이산화탄소를 배출한다.
천연가스로 작동하는 실용 연소기의 단점은 무엇인가? 천연가스로 작동하는 실용 연소기는 배기가스 발생량이 적으며 출력당 가장 적은 이산화탄소를 배출한다. 그러나 높은 온도로 인해 다량의 질소 산화물 (NOX)이 발생하며, 이는 광화학 스모그, 산성비의 원인이 되는 것으로 알려져 있다.
예혼합 화염의 장점은 무엇인가? 가스터빈 및 버너 등 대부분의 실용 연소기에 희박 예혼합 연소방식의 적용이 활발히 시도되고 있으며, (2~5) 일반적으로 예혼합 화염은 비예혼합 화염에 비해 화염길이가 짧고 당량비를 조절할수 있으므로 낮은 화염온도를 형성하여 NOX 및 CO 배출지수(Emission index)를 낮출 수 있다는 장점을 가지고 있다.(6)
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (15)

  1. Kim, H., 2009, "Chemical Reactor Modeling for Prediction of Lean-Premixed Gas Turbine Combustor Nox Formation," Konkuk University, Mechanical Engineering, pp.1-2. 

  2. Peter, F, Martin, Z, Rudolf L, Stefano, B. and Christian, M., 2007, "Development and Design of Alstom's Staged Fuel Gas Injection EV Burner for NOX Reduction," ASME Turbo Expo, GT2007-27730. 

  3. Fernando, B. and Felic, G., 2007, "Effect of Pressure and Fuel-Air Unmixedness on NOX Emissions from Industrial Gas Turbine Burners," Combustion and Flame, Vol. 151, pp. 274-288. 

  4. Yu, J. H, Kim, B. G. and Chang, Y. J., 2008, "LES Modeling Study on the Characteristics of NOx Emissions in a Lean Premixed Combustor Implementing LES Model," KSME spring conference, pp. 381-386. 

  5. Capehart, S. A. and John, C. Y., 1997, "Effect of Fuel Combustion on NOX Formation in Lean Premixed Prevaporized Combustion," ASME, 97-GT-336. 

  6. Sohn, C. H. and Cho, H. C., 2005, "A CFD Study on Thermo-Acoustic Instability of Methane/Air Flames in Gas Turbine Combustor," Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 19, pp. 1811-1812. 

  7. Paschereit, C. O., Schuermans, B. and Buche, D., 2003, "Combustion Process Optimization Using Evolutionary Algorithm," ASME Turbo Expo, GT-38393. 

  8. Novosselov, I. V., Malte, P. C., Yuan, S., Srinivasan, J. C. and Lee, Y., 2006, "Chemical Reactor Network Application to Emissions Prediction for Industrial DLE Gas Turbine," ASME Turbo Expo, GT2006-90282. 

  9. Linan, A. and Williams, F. A., 1993, "Fundamental Aspects of Combustion," Oxford University Press, pp. 9-13. 

  10. Bengtsson, K. U. M., Benz, P., Scharen, R. and Frouzakis, C. E., 1998, "NyOx Formation in Lean Premixed Combustion of Methane in a High-Pressure Jet-Stirred Reactor," Symposium (International) on Combustion, Vol. 27, pp. 133-139. 

  11. Fernandez-Tarrazo, E., Sanchez, A. L., Linan, A. and Williams, F. A., 2006, "A Simple One-Step Chemistry Model for Partially Premixed Hydrocarbon Combustion," Combustion and Flame, Vol. 147, No.1-2, pp. 32-38. 

  12. Turns, S. R., 2000, "An Introduction to Combustion," Mc-Graw Hill, pp. 472-507. 

  13. De Soete, G. G., 1975, "Overall Reaction rates og NO and $N_{2}$ Formation from Fuel Nitrogen," Fifteenth (International) Symposium on Combustion, Vol. 15, pp. 1093-1102. 

  14. CFD-ACE User's Manual V2009, 2009, ESI Group. 

  15. Lefebrvre, A. H., 1999, Gas Turbine Combustion, Taylor & Francis, pp. 127-128. 

저자의 다른 논문 :

섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로