초록 ▼

○ 연구개요
난류연소는 연료와 산화제의 혼합 정도에 따라 예혼합 연소와 확산 연소로 구분된다. 이것은 연소 현상의 양 극단으로서 산업용 연소기에서는 두 가지 연소 방식의 장점을 조합하여 연소기의 최적화를 추구한다. 이 과정에서 이른바 부분예혼합 연소현상이 발생하는데, 이를 예측하기 위한 이론 체계가 부재한 상황이다. 난류연소에 대한 해석적 연구는 통계적 방법으로 유도된 평균된 형태의 지배방정식을 이용한다.
평균 과정에서 발생한 추가항에 대한 모델링을 통해 수치적인 해를 제공할 수 있으며, 이 때 스칼라나 벡터를 평균하는

○ 연구개요
난류연소는 연료와 산화제의 혼합 정도에 따라 예혼합 연소와 확산 연소로 구분된다. 이것은 연소 현상의 양 극단으로서 산업용 연소기에서는 두 가지 연소 방식의 장점을 조합하여 연소기의 최적화를 추구한다. 이 과정에서 이른바 부분예혼합 연소현상이 발생하는데, 이를 예측하기 위한 이론 체계가 부재한 상황이다. 난류연소에 대한 해석적 연구는 통계적 방법으로 유도된 평균된 형태의 지배방정식을 이용한다.
평균 과정에서 발생한 추가항에 대한 모델링을 통해 수치적인 해를 제공할 수 있으며, 이 때 스칼라나 벡터를 평균하는 방법에 따라 해의 정확도가 달라진다. 본 연구에서는 조건평균에 기초한 접근으로 기존의 단순평균이나 경험적 모델로는 획득이 불가능했던 통계데이터를 추출하여 화염편 모델의 단점을 보완하고 새로운 해석체계를 확립하고자 하였다.

○ 연구 목표대비 연구결과
본 연구는 직접수치해석(DNS)을 이용하여 기초화염데이터를 확보한 후 이를 기반으로 통계적 분석을 수행하여 난류연소모델을 제안하는 모델링 연구와 실제 연소기 해석에 적용할 수 있는 응용프로그램 개발을 목표로 하였다.
1. 비압축성 난류예혼합 화염에 대한 직접수치해석을 수행하여 정상상태의 비압축성 난류 예혼합 화염 데이터를 확보하였다.
2. 압축성 난류예혼합 화염 데이터 확보를 위해 자유전파화염에 대한 직접수치해석을 수행하려고 하였으나 통계적 정상상태의 자유전파화염을 구현하기 위한 수치제어기법 개발에 실패하여 압축성 난류정체화염을 구현하여 기초데이터를 확보하였다. 추후 자유전파화염에 대한 데이터 확보가 가능해진다면 비압축성 화염과의 비교 분석을 통한 연소모델의 일반화가 가능할 것으로 판단된다.
3. 엔진해석용 유사차원 해석코드 개발 및 3차원 오픈소스 해석코드 개발을 수행하고자 하였으나 OpenFOAM 기반의 3차원 해석코드 개발은 수행하지 못하였다. 유사차원 해석코드는 시험용 엔진 데이터와 비교 검증을 수행하여 범용성을 확보하기 위한 모델테스트를 수행중이다.

○ 연구개발결과의 중요성
1. 본 연구에서 수행된 난류예혼합 화염에 대한 기초연구는 응용 연소기 해석을 위해 필요한 3차원 연소모델 개발을 위한 것으로 현업에서 널리 사용되는 Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) 기법에 적용된다면 보다 물리적으로 일관된 연소해석이 가능하다는 장점이 있다. 이를 통해 수치해석기법을 연소현상 진단에 사용하는 후행적 용도가 아니라 예측력 있는 해석을 통한 선행연구에서의 비용절감 및 설계인자 변경에 따른 연소효율 및 배기특성 개선을 위한 유용한 도구로 발전시킬 수 있다.
2. 본 연구에서 개발된 유사차원해석코드는 엔진의 시스템레벨 해석에서 연소기 해석을 강화시켜 주는 것으로 실험에 의존하지 않고 엔진설계변수와 운전조건 등에 대한 파라메트릭 연구를 통해 3차원 코드 대비 해석시간과 비용을 획기적으로 단축시킬 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 가. 1차년도 연구내용 및 결과 ... 6
• 나. 2차년도 연구내용 및 결과 ... 7
• 다. 3차년도 연구내용 및 결과 ... 11
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 13
• 4. 참고문헌 ... 15
• 5. 연구성과 ... 17
• 대표적 연구실적 ... 18
• 끝페이지 ... 21