초록 ▼

본 연구 과제의 최종 목표는 선형 및 비선형 시스템 안정성 모델을 개발하고, 화염 응답 모델을 해석적으로 구현하여, 가스터빈 연소기에서 발생되는 연소 불안정 현상의 주요 인자들을 예측하는 기술을 확립하는 것이다. 또한 IGCC 및 수소 연소에 대한 관심의 증가에 따라, 연료 조성의 변화가 화염 안정성에 미치는 영향을 함께 해석적으로 규명하였다. 본 연구의 구체적 성과는 다음과 같다.
1) 선형 안정성 해석을 통한 연소기 고유 주파수 및 불안정 초기 성장률 예측 기술 개발
정의된 연소 시스템의 analytical dispe

본 연구 과제의 최종 목표는 선형 및 비선형 시스템 안정성 모델을 개발하고, 화염 응답 모델을 해석적으로 구현하여, 가스터빈 연소기에서 발생되는 연소 불안정 현상의 주요 인자들을 예측하는 기술을 확립하는 것이다. 또한 IGCC 및 수소 연소에 대한 관심의 증가에 따라, 연료 조성의 변화가 화염 안정성에 미치는 영향을 함께 해석적으로 규명하였다. 본 연구의 구체적 성과는 다음과 같다.
1) 선형 안정성 해석을 통한 연소기 고유 주파수 및 불안정 초기 성장률 예측 기술 개발
정의된 연소 시스템의 analytical dispersion relation을 유도한 후, 화염 전달 함수를 도입하여 연소기의 고유 주파수 모드 특성 및 불안정 현상의 초기 성장률을 예측 가능한 모델을 개발하였다. 또한, 기존의 난류 연소기에서 측정된 연소 불안정 실험 데이터와의 비교 검증을 통하여 모델의 해석 범위를 확장하였다.
2) 비선형 해석을 통한 불안정 연소 한계 진폭 및 천이 과정 해석 기술 개발
기존의 많은 해석학적 노력들은 화염 응답이 주파수에만 의존하는 선형 해석 기술 개발에 국한되어 왔으나, 본 연구에서는 해석 모델을 섭동 성분의 주파수와 더불어 진폭의 함수로 표현될 수 있는 비선형화염 모델을 정의하고, 이로부터 불안정의 한계 진폭 특성과 불안정 연소의 천이 과정과 같은 비선형 특성을 예측할 수 있는 모델을 개발하였다. 이로부터 연소 불안정의 한계 진폭 및 천이 과정 해석 기술을 개발하는데 성공하였다.
3) 다양한 화염 형상을 고려한 예혼합 화염 응답 모델 개발
연소 동특성 해석 및 다양한 조건과 연료 조성하에서의 화염 구조의 모델링을 위하여 CFD 상용 코드를 이용한 연소 모델 기법을 개발하고, 대상 연소기들에 적용하여 실험을 통하여 측정된 화염 구조 및 화염 전달 함수를 비교하였다.
4) 연료 조성 변화가 화염 응답 및 연소 불안정 현상에 미치는 영향 규명
최근 전 세계적으로 IGCC 및 다양한 연소 시스템으로부터 주목을 받고 있는 Syngas와 기존 연료인 천연가스(또는 메탄)의 혼합 비율에 따른 화염의 동적 특성을 규명하고자 한다. Syngas는 그 제조 방법에 따라 메탄 이외 에도 수소 및 일산화탄소의 다양한 조성으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 메탄, 수소, 일산화탄소 등의 다양한 연료 조성을 검토하여 이들의 변화가 예혼합 화염의 응답 모델 및 연소 불안정 현상에 어떠한 영향을 미치는지를 분석하였다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 8
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 8
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 8
• Ⅲ. 연구성과 ... 9