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사인-스윕 가진 모델을 통한 가스터빈 연소기의 음향 동적 반응 해석
손주찬,김대식,Son, Juchan,Kim, Daesik 한국추진공학회 2022 한국추진공학회지 Vol.26 No.4
본 연구에서는 외부 음향장 가진에 따른 시스템의 동적 응답 특성을 파악하기 위하여 기존의 네트워크 모델에 스피커를 통한 외부 사인-스윕 가진 기능을 추가한 수치해석적 모델이 개발되었다. 본 모델을 통하여 대상 연소기의 물리적 치수 및 경계조건과 같은 시스템 매개변수에 따른 주파수 및 압력 진폭 변화의 민감도를 넓은 주파수 영역에서 분석하였다. 대상 연소기의 가진 응답 특성 분석 결과, 높은 동압 반응을 보이는 주파수 영역은 동일 연소기에서 계측된 불안정 범위와 유사하였으며, 특히 음향 가진 소스항의 위치에 따라 시스템의 반응이 크게 의존하는 것으로 나타났다. In the current study, in order to understand the dynamic response characteristics of the system according to the external acoustic forcing, a numerical approach was developed by adding an sign-sweep forcing function to the existing network model. Through this model, the sensitivity of frequency and pressure amplitude changes according to system parameters such as the physical dimensions and boundary conditions of the target combustor was analyzed in a wide frequency range. Analysis results of dynamic response characteristics of the target combustor are shown that the frequency regime with high dynamic pressure response was similar to the instability frequency range measured in the same combustor, and in particular, the response of the system depends greatly on the location of the acoustic forcing source term.
역류형 가스터빈 연소기에서 네트워크 접근법을 이용한 음향장 모델링
손주찬(Juchan Son),홍수민(Sumin Hong),황정재(Jeongjae Hwang),김민국(Min Kuk Kim),김대식(Daesik Kim) 한국추진공학회 2021 한국추진공학회지 Vol.25 No.5
In this work, we have developed a 1D network model aimed at predicting eigenvalues for resonance frequency analysis in a lab-scale industrial gas turbine single nozzle combustion system. Modern industrial gas turbines generally adopt combustors with very complex geometry and flow path to meet various design requirements simultaneously. The current study has developed a network model for combustion systems with backflow at the same axial location. The modeling results of resonance frequencies and mode distributions for a given system using the network model were validated from comparisons with prediction results using a 3D Helmholtz solver.
실험실 규모의 산업용 가스터빈 연소기에서의 음향장 예측
손주찬(Juchan Son),김대식(Daesik Kim) 한국추진공학회 2021 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.5
본 논문에서는 복잡한 형상을 가진 실험실 규모의 산업용 가스터빈 연소기에서의 음향장을 예측할 수 있는 모델링 코드를 개발하고자 했다. 본 연구에서는 실제 연소기의 형상을 간단히 하여 작동 조건에서 음향 공진 주파수에 대한 예측을 진행 하였다. 본 연구에 사용된 네트워크 모델은 선형화된 방정식에 기초하여 열음향 네트워크 모델링 방식으로 이루어 졌다. 네트워크 모델의 장점은 실제 복잡한 구성요소를 간단한 음향적 구성요소로 나타내어 음향장 해석을 하는데 있어 시간이 덜 걸린다. 예측된 공진 주파수는 115Hz(플레넘 과 관련된) 와 299Hz 그리고 541Hz(연소실 과 관련된)에서 관측 되었다. In this paper, we wanted to develop a modeling code that can predict acoustic fields in lab-scale industrial gas turbine combustors with complex geometry. In this work, we make predictions about acoustic resonance frequencies under actual operating conditions by simplifying the actual geometry of combustors. The network model used in this work is based on linearized equations was used as a modeling method. The advantage of the network model is that takes less time to interpret the actual complex combustion components by making up only a few elements that affect the sound. The main resonant frequencies are to be predicted around 115 Hz (associated with the plenum) and around 299 Hz, and 541 Hz (associated with the combustion chambers).
네트워크 모델을 사용한 역류형 가스터빈 연소기에서의 연소불안정 예측
손주찬(Juchan Son),김대식(Daesik Kim) 한국연소학회 2021 한국연소학회지 Vol.26 No.4
In this paper, combustion instability in a reverse-flow gas turbine combustor was analyzed using a 1D network model. Two different approaches of flame transfer functions were considered; one is a classical n-τ model and the other is a modified model considering the time delay distribution. As a result of constructing a network model by rearranging acoustic elements in the flow direction, the analysis results of frequency and mode distribution similar to the measurement were obtained. In addition, the feedback instability prediction results considering the time delay distribution have shown modeling results closer to the experiment compared to the classical n-τ model.