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튜브 내 하향 전파하는 예혼합 화염의 이차 열음향 불안정성 천이에 관한 실험적 연구
Experimental Study of Transition to Secondary Acoustic Instability at Downward-Propagating Premixed Flame in a Tube 원문보기

海洋環境安全學會誌 = Journal of the Korean society of marine environment & safety, v.26 no.7, 2020년, pp.915 - 921  

박주원 (한국해양대학교 기관시스템공학부) ,  김대해 (한국생산기술연구원 청정에너지시스템연구부문) ,  박대근 (한국생산기술연구원 청정에너지시스템연구부문) ,  윤성환 (한국해양대학교 기관시스템공학부)

초록
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연소실 내 공조현상으로 인해 발생되는 열음향 불안정성은 안정적인 연소시스템을 구현하기 위해 해결해야 하는 고질적인 문제로 제기되어 왔다. 열음향 불안정성은 크게 1차 2차 열음향 불안정성으로 나뉘며, 본 연구에서는 열음향 불안정성 중 2차 열음향 불안정성의 천이에 관해 열손실이 미치는 영향에 대한 실험적 연구를 진행하였다. 2차 열음향 불안정성을 발생시키기 위해 한쪽 끝이 열린 1/4 파장 공명기를 채택하여 수직으로 설치하였고, 공명기 내부에는 예혼합 가스를 주입하였다. 또한 공명기 상단으로 발생하는 열손실 효과를 비교하기 위해 추가적으로 외부 동축류 관을 설치하였다. 연료 농후조건의 예혼합 가스만을 채택하여 주입하였기 때문에 동축관에 주입되는 기체에 따라 공명기 상부에 추가적인 확산화염이 형성될 수 있다. 그 결과 확산화염이 발생되었을 경우 공명기 상단으로의 열손실이 감소하며 2차 열음향 불안정성이 발현되었으며, 확산화염이 억제되어 공명기 상단으로의 열손실이 증가하였을 경우 2차 열음향 불안정성의 발현이 억제되는 결과를 도출하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Thermoacoustic instability caused by air conditioning in a combustion chamber has emerged as a problem that must be solved to establish a stable combustion system. Thermoacoustic instability is largely divided into primary and secondary acoustic instability. In this study, an experimental study of t...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 한다. 2차 열음향 불안정성 발생요인으로 화염 후단에서 발생하는 열손실을 채택하여 열손실 크기에 따른 2차열음향 불안정성의 천이 유무를 평가하고 아울러 음향 강도의 변화도 측정하고자 한다.
  • 따라서 본 연구는, 2차 열음향 불안정성의 발생 메커니즘을 우선적으로 규명하여 성장 메커니즘 규명의 단초를 제공하고자 한다. 2차 열음향 불안정성 발생요인으로 화염 후단에서 발생하는 열손실을 채택하여 열손실 크기에 따른 2차열음향 불안정성의 천이 유무를 평가하고 아울러 음향 강도의 변화도 측정하고자 한다.
  • 본 연구는 튜브 내 하향 전파하는 예혼합 화염의 2차 열음향 불안정성 발생에 미치는 열손실 효과에 대해 실험적으로 조사하였다. 본 연구를 통해 도출된 결과는 가스 터빈 혹은 연소 시스템 설계에 있어서 열음향 불안정성의 문제를해결하기 위한 단초를 제공할 것으로 기대되며, 본 연구를통해 도출된 결론은 아래에 서술하였다.

가설 설정

  • coupling)을 꼽을 수 있다. Clavin 등이 이론적으로 제안한 압력결합은 열음향 불안정성의 성장률이 결합상수, 에 비례한다는 메커니즘으로, 화학 반응존(chemical reaction zone)과 음향파의 두께가 동조될 때 열음향 불안정성이 발달한다는 가설이다. 여기서 와 은 각각 젤도 비치 수(Zel’dovich number)와 마하 수(Mach number)를 나타낸다.
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참고문헌 (17)

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  15. Yoon, S. H., L. Hu, and O. Fujita(2018), Experimental Observation of Pulsating Instability under Acoustic Field in Downward-Propagating Flames at Large Lewis Number, Combustion and Flame, Vol. 188, pp. 1-4. 

  16. Yoon, S. H., T. J. Noh, and O. Fujita(2016), Onset Mechanism of Primary Acoustic Instability in Downward- Propagating Flames, Combustion and Flame, Vol. 170, pp. 1-11. 

  17. Yoon, S. H., T. J. Noh, and O. Fujita(2017), Effects of Lewis Number on Generation of Primary Acoustic Instability in Downward-Propagating Flames, Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 36, pp. 1603-1611. 

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