반응섬을 갖는 예혼합 난류 화염 구조와 연소속도의 모델

홍명석 朝鮮大學校 機械技術硏究所 1999 機械技術硏究 Vol.2 No.1

예혼합 난류화염구조에 대한 모델을 개발하였다. 여기서 난류화염의 화염대는 주름상화염면과 그 뒷면을 이은 섬형화염면의 두 부분으로 구성되어 있다. 그 두 부분의 구성비율은 난류강도 u´와 층류화염속도인 S??의 함수인 u´/S 에 의해 연속적으로 변한다고 가정되었다 모든 화염면은 프랙탈(fractal)형상으로 가정되었다. 난류화염의 모델에 층류화염의 화염두께와 특성시간의 개념이 이용되었다. 본 모델에 의한 화염구조의 여러 인자뿐만 아니라 난류화염의 연소 속도를 예상할 수 있다. A model for the premixed turbulent flame structure has been developed in which the flame zone of a turbulent flame is composed of two parts : a wrinkled flame front and some island flamelets behind it. Their fractions are supposed to vary continuously according to a proposed function of u´/S , where u´ is the turbulence intensity and S is the laminar burning velocity. All flamelets were assumed to be fractal ones. The concepts of "flame thickness" and "transition time" for laminar flames were introduced into the model for turbulent flames. The model provides not only the structural parameter but also the burning velocities of turbulent flames.

정상초음파의 주파수 변화에 따른 C3H8-Air 예혼합화염의 전파거동 및 구조변이

이상신,서항석,김정수 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集B Vol.38 No.2

The propagation behavior and structural variation of a premixed propane/air flame with frequency change in an ultrasonic standing wave at various equivalence ratios were experimentally investigated using Schlieren photography and pressure measurement. The propagating flame was observed in high-speed Schlieren images, allowing local flame velocities of the moving front to be analyzed in detail. The study reveals that the distorted flame front and horizontal splitting in the burnt zone are due to the ultrasonic standing wave. Vertical locations of the distortion and horizontal stripes are intimately dependent on the frequency of the ultrasonic standing wave. In addition, the propagation velocity of the flame front bounded by the standing wave is greater than that of the flame front without acoustic excitation. As expected, the influence of the ultrasonic standing wave on premixed-flame propagation becomes more prominent as the frequency increases. 정상초음파장의 주파수 변이가 프로판/공기 예혼합화염의 전파거동 및 구조변이에 미치는 영향을 규명하기 위해 실험적 연구를 수행하였다. 다양한 당량비 조건에서 슐리렌 기법을 적용한 전파화염 가시화와 연소실 내부압력 측정을 통해 생성물 영역에서의 화염 구조변화 및 전파특성을 관찰하였다. 정상초음파가 존재할 경우 화염선단이 찌그러지고 기연부에서 횡방향 줄무늬가 생성되며, 이러한 구조변이는 정상초음파의 주파수에 종속한다. 또, 전파속도는 정상초음파가 교반하는 경우 증가되며, 화염전파 거동에 미치는 초음파의 영향은 주파수의 증가에 따라 보다 명확해진다는 사실도 확인되었다.

정상초음파의 주파수 변화에 따른 C₃H₈-Air 예혼합화염의 전파거동 및 구조변이

이상신,서항석,김정수,Lee, Sang Shin,Seo, Hang Seok,Kim, Jeong Soo 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集B Vol.38 No.2

정상초음파장의 주파수 변이가 프로판/공기 예혼합화염의 전파거동 및 구조변이에 미치는 영향을 규명하기 위해 실험적 연구를 수행하였다. 다양한 당량비 조건에서 슐리렌 기법을 적용한 전파화염 가시화와 연소실 내부압력 측정을 통해 생성물 영역에서의 화염 구조변화 및 전파특성을 관찰하였다. 정상초음파가 존재할 경우 화염선단이 찌그러지고 기연부에서 횡방향 줄무늬가 생성되며, 이러한 구조변이는 정상초음파의 주파수에 종속한다. 또, 전파속도는 정상초음파가 교반하는 경우 증가되며, 화염전파 거동에 미치는 초음파의 영향은 주파수의 증가에 따라 보다 명확해진다는 사실도 확인되었다. The propagation behavior and structural variation of a premixed propane/air flame with frequency change in an ultrasonic standing wave at various equivalence ratios were experimentally investigated using Schlieren photography and pressure measurement. The propagating flame was observed in high-speed Schlieren images, allowing local flame velocities of the moving front to be analyzed in detail. The study reveals that the distorted flame front and horizontal splitting in the burnt zone are due to the ultrasonic standing wave. Vertical locations of the distortion and horizontal stripes are intimately dependent on the frequency of the ultrasonic standing wave. In addition, the propagation velocity of the flame front bounded by the standing wave is greater than that of the flame front without acoustic excitation. As expected, the influence of the ultrasonic standing wave on premixed-flame propagation becomes more prominent as the frequency increases.

정상초음파가 개재하는 CH₄-Air 예혼합화염의 전파특성에 대한 당량비의 영향

서항석,이상신,김정수,Seo, Hang Seok,Lee, Sang Shin,Kim, Jeong Soo 한국추진공학회 2013 한국추진공학회지 Vol.17 No.2

An experimental study has been conducted to investigate the effects of equivalence ratio on the propagation characteristics of $CH_4$-air premixed flame intervened by an ultrasonic standing wave. A Schlieren photography was used for the flame structure visualization, and the flame propagation behavior was investigated in detail throughout the post-processing analysis. It is found that the structural variation of methane/air premixed flame caused by the intervention of ultrasonic standing wave give rise to the enhancement of combustion reaction and flame propagation velocity. Effectiveness of the standing wave on the flame velocity decreases as the equivalence ratio increases. Larger flame velocity with the standing wave becomes undistinguishable in a specific range of equivalence ratios. 정상초음파장이 개재하는 메탄/공기 예혼합화염의 전파특성에 대한 당량비의 영향을 실험적 연구결과로 제시한다. 화염구조 가시화는 슐리렌 기법을 이용하였으며, 이미지 후처리를 통해 화염 전파 거동을 면밀히 관찰하였다. 정상초음파에 의한 화염 구조 변화가 연소반응을 촉진시켜 화염 전파속도를 증가시키는 것을 알 수 있었으며, 당량비가 증가할수록 정상초음파에 의한 화염전파속도의 증분은 감소하게 되고, 속도변화가 미미한 당량비 구간이 존재한다는 사실을 확인할 수 있었다.

메탄-공기 예혼합화염의 구조변이에 대한 수치적 연구

최현아(Hyun Ah Choi),구재우(Jae Woo Koo),박재문(Jae Moon Park),배성훈(Seong Hun Bae),김정수(Jeong Soo Kim) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

본 연구에서는 메탄-공기 예혼합화염을 해석하기 위한 수치해석기법과 해당 기법을 적용하여 전산 모사한 결과로 나타나는 네 가지 화염구조를 제시한다. 해석에는 상용코드 ANSYS-Fluent를 사용하였고 예혼합연소 해석에는 G-equation model을 적용하였다. 해석기법의 타당성 검증을 위해 실험에서 얻은 슐리렌 이미지와 비교하였다. 해석을 통해 점화원에서 생성된 화염이 반구화염, 평면화염 그리고 튤립화염의 순으로 전파되는 것을 확인하였고, 결과를 바탕으로 각각의 화염구조에 대해 분석하였다. A numerical method for the analysis of CH₄-Air premixed flame is presented with the scrutiny into the flame structure and propagation behavior. The continuity, momentum, energy and mass fraction equation with standard k-ε turbulence model were solved with ANSYS-Fluent. It is confirmed with comparison to experimental results that flame structure changes in the order of hemispherical, flat and tulip flame. The detailed analysis on each flame structure is conducted using vectors and contours.

정상초음파의 주파수 변화에 따른 C₃H₈-Air 예혼합화염의 전파거동 및 구조변이

이상신(Sang Shin Lee),서항석(Hang Seok Seo),김정수(Jeong Soo Kim) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集B Vol.38 No.2

정상초음파장의 주파수 변이가 프로판/공기 예혼합화염의 전파거동 및 구조변이에 미치는 영향을 규명하기 위해 실험적 연구를 수행하였다. 다양한 당량비 조건에서 슐리렌 기법을 적용한 전파화염 가시화와 연소실 내부압력 측정을 통해 생성물 영역에서의 화염 구조변화 및 전파특성을 관찰하였다. 정상초음파가 존재할 경우 화염선단이 찌그러지고 기연부에서 횡방향 줄무늬가 생성되며, 이러한 구조변이는 정상초음파의 주파수에 종속한다. 또, 전파속도는 정상초음파가 교반하는 경우 증가되며, 화염전파 거동에 미치는 초음파의 영향은 주파수의 증가에 따라 보다 명확해진다는 사실도 확인되었다. The propagation behavior and structural variation of a premixed propane/air flame with frequency change in an ultrasonic standing wave at various equivalence ratios were experimentally investigated using Schlieren photography and pressure measurement. The propagating flame was observed in high-speed Schlieren images, allowing local flame velocities of the moving front to be analyzed in detail. The study reveals that the distorted flame front and horizontal splitting in the burnt zone are due to the ultrasonic standing wave. Vertical locations of the distortion and horizontal stripes are intimately dependent on the frequency of the ultrasonic standing wave. In addition, the propagation velocity of the flame front bounded by the standing wave is greater than that of the flame front without acoustic excitation. As expected, the influence of the ultrasonic standing wave on premixed-flame propagation becomes more prominent as the frequency increases.

정상초음파에 의한 메탄/공기 예혼합화염 연소반응의 촉진

서항석(Hang Seok Seo),이상신(Sang Shin Lee),김정수(Jeong Soo Kim),이도형(Do Hyung Lee) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11

정상초음파장이 메탄/공기 예혼합화염 연소반응에 미치는 영향에 대한 실험적 연구결과를 제시한다. 화염구조 가시화는 슐리렌 기법을 이용하였으며, 이미지 후처리를 통해 화염 전파 거동에 대해 면밀히 관찰하였다. 정상초음파에 의한 화염 구조 변화가 연소반응을 촉진시켜 화염 전파속도를 증가시키는 것을 알 수 있었다. 당량비가 증가할수록 정상초음파에 의한 속도변화는 감소하였다. An experimental study has been conducted to investigate the effects of an ultrasonic standing wave on the combustion reaction of methane/air premixed flame. A Schlieren photography was used for the flame structure visualization, and the flame propagation behavior was investigated in detail throughout the post-processing analysis. It is found that the structural variation of methane/air premixed flame caused by the intervention of ultrasonic standing wave give rise to the enhancements of combustion reaction and flame propagation velocity. Effects of the standing wave on the flame velocity decreases as the equivalence ratio increases.

정상초음파장이 개재하는 프로판/공기 예혼합화염의 전파거동에 대한 주파수 변이의 영향

이상신(Sang Shin Lee),서항석(Hang Seok Seo),김종현(Jong Hyun Kim),최현아(Hyun Ah Choi),김정수(Jeong Soo Kim) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.5

정상초음파장의 주파수 변이가 프로판/공기 예혼합화염의 전파거동에 미치는 영향을 규명하기 위한 연구가 수행되었다. 슐리렌 기법을 이용한 전파화염 가시화를 통해, 화염의 전파특성 및 생성물 영역에서의 그 구조변화를 관찰하였다. 정상초음파에 의한 화염선단 및 기연부에서의 구조변이는 초음파의 주파수 특성에 종속하였으며, 주파수가 증가함에 따라 화염전파 거동에 미치는 초음파의 영향이 명확해지는 사실을 확인하였다. This study has been conducted to scrutinize effects of the frequency variation on the propagation of propane/air premixed-flame interacting with an ultrasonic standing wave. Visualization technique utilizing the Schlieren photography was employed for the observation of evolutionary features of the flame fronts and structural variation of the flame reaction zone. Vertical locations of the standing wave-affected frontal distortions are dependent upon the frequency of standing wave. As expected, influence of the ultrasonic standing wave on premixed-flame propagation becomes more prominent as the frequency increases.

횡분류(流)(橫噴流)에서 난류 비예흔합 화염의 화염날림에 대한 거대 와(渦)구조 혼합 모텔 적용

이기만,박정,Lee, Kee-Man,Park, Jeong 대한기계학회 2002 大韓機械學會論文集B Vol.26 No.1

This article presents an application of a large-scale structural mixing model(Broadwell et at. 1984) to the blowout of turbulent reacting cross flow jets. Experimental observations, therefore, aim to identify the existence of large-scale vortical structure exerting an important effect upon the flame stabilization. In the analysis of common stability curve, it is seen that the phenomenon of blowout are only related to the mixing time scale of the two flows. The most notable observation is that the blowout distance is traced at a fixed positions according to the velocity ratio at all times. Measurements of the lower blowout limits in the liftable flame are qualitatively in agreement with the blowout parameter $\xi$, proposed by Broadwell et al. Good agrement between the results calculated by a modified blowout parameter $\xi$'and the present experimental results confirms the important effect of large-scale structure in the stabilization feature of blowout.

프로판/공기 예혼합화염의 사각관내 전파거동에 대한 정상초음파의 간섭효과

이상신(Sang Shin Lee),서항석(Hang Seok Seo),김정수(Jeong Soo Kim),배대석(Dae Seok Bae) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11

본 연구에서는 정상초음파의 간섭에 의해 야기되는 프로판/공기 예혼합화염의 사각관내 전파거동을 규명하기 위한 실험결과를 제시한다. 전파하는 화염이미지는 고속카메라를 이용하여 획득하였으며, 이미지 후처리를 통해 정상초음파 유무에 따른 화염선단의 구조변이와 전파속도를 상세히 관찰하였다. 전파속도는 정상초음파가 교반하는 경우 증가하였으며, 이론당량비에서 벗어남에 따라 초음파의 영향은 크게 증가하였다. 부력에 영향에 의해 화염선단은 기울어지는데, 이 현상은 정상초음파에 의한 화학반응과 혼합의 촉진으로 그 현상이 덜 뚜렷해진다. An experimental study has been conducted to scrutinize into the influence of ultrasonic standing wave on the propagating behavior of propane/air premixed flame at various equivalence ratios in half-open rectangular duct. Evolutionary features of the flame fronts are caught by high-speed images, and the variation of flame structure and local flame velocities along the propagation are analyzed. It is revealed that the propagation velocity agitated by the ultrasonic standing wave is greater than that without the agitation: the velocity enhancement diminishes as the equivalence ratio approaches the stoichiometric. Influence of the standing wave on flame overwhelms that of the buoyancy which slants the flame front towards top of the duct.