Large eddy simulation for partially premixed flame in high pressure oxy-fuel combustor
- 주제(키워드) 순산소 연소(oxy-fuel combustion) , 초임계(supercritical) , 가스터빈(gas turbine) , CO , NOx , 배출(emissions)
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 강성원
- 발행년도 2021
- 학위수여년월 2021. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- UCI I804:11029-000000066147
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
순산소 연소용 가스 터빈은 질소산화물의 생성을 줄이기 위해 대기가 아닌 이산화탄소가 희석된(CO2 diluted) 산소를 산화제로써 사용한다. 고압 폐회로 사이클(closed cycle)의 특성상 내부에 축적되는 CO와 NO는 전체 시스템의 큰 효율성 저하를 야기한다. 본 연구에서는 순산소 연소용 가스 터빈 내부의 열 유동 현상과 화학종의 거동을 LES(large eddy simulation)를 이용하여 분석하였다. 연소실의 연소 영역(combustion zone)과 희석 영역(dilution zone)에 대해서는 추가적인 0D/1D 시뮬레이션을 진행하여 화학반응의 양상을 분석하였다. 화학반응 메커니즘으로는 ITV의 탄소 반응(carbon chemistry)과 GRI3.0의 질소 반응(nitrogen chemistry)을 결합한 새로운 메커니즘을 사용하였다. 연소기 압력이 임계압력 이상인 경우 정확한 해석을 위해 추가적으로 보정된 물성치 값을 사용하였다. 당량비(equivalence ratio)와 압력에 따른 화염 및 유동장의 구조를 비교하였다. 압력 증가에 따른 난류 화염 구조의 차이를 Re 수(Reynolds number), Ka 수(Karlovitz number) 등을 사용하여 분석하였다. 화염의 위치와 brush thickness, 난류 섭동량 등을 사용하여 화염의 안정성을 평가하였다. CO와 NO의 양의 압력에 따른 경향성을 실험 결과와 비교하였고, 특히 임계점 부근에서의 특이한 거동에 대해 분석하였다.
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