상호작용하는 두 스월 안정화 화염의 연소불안정 제어를 위한 대칭성 붕괴 기법

Abstract

본 연구에서는 각 노즐의 스월 수 조합과 당량비 조건이 모형 가스터빈 연소기 내부의 상호 작용하는 스월 안정화 화염에 미치는 영향을 연구하였다. $(S_1,S_2)$=(0.45,0.45)의 대칭 스월 수 조합과 $(S_1,S_2)$=(0.75,0.45)의 비대칭 스월 수 조합일 때, 불안정한 두 화염 간 상호작용이 연소불안정에 미치는 영향을 고찰하기 위하여 연소기 길이와 각 노즐의 당량비를 변화시키면서 광범위한 측정이 수행되었다. 연소기 길이는 1200 mm에서 1800 mm로 변화되었고, 각 노즐의 당량비는 0.57에서 0.73 사이로 변화되며 연소기 길이와 균등/ 비균등 연료 분배 조건이 연소 불안정의 성장에 미치는 영향이 면밀히 조사되었다. 화염 1과 화염 2에서 방출되는 열 방출율 응답은 전체 반응장의 열 방출율 응답과 개별적으로 측정되었다. 연구 결과, 연소기 길이가 변화함에 따라 1400 mm 부근에서 연소불안정이 시작되었으며 1600-1700 mm 범위에서 연소기가 가장 불안정하였고 연소불안정에 있어 Rayleigh criterion은 단지 필요조건임을 확인하였다. 다음으로, 대칭 스월 수 조합의 $\phi_1$과 $\phi_2$에 대한 압력 섭동의 진폭 크기를 바탕으로 표현된 연소불안정 분포도는 $(\phi_1,\phi_2)=(0.69,0.65)에서 연소기가 가장 불안정하다는 것을 나타내었다. 하지만, 비대칭 스월 수 조합의 연소불안정 분포도에서는 가장 불안정한 조건이 $(\phi_1,\phi_2)=(0.67,0.69)와 $(\phi_1,\phi_2)=(0.69,0.61)의 두 지점으로 분기되었다. 더불어, 연료 분배 조건에 대하여 대칭, 비대칭 스월 수 조합 모두 연소불안정 주파수와 압력 섭동과 열 방출율 응답 간 위상 차가 높은 상관 관계가 있음을 확인하였다. 또한, 서로 대응하지 않은 상류 속도 섭동과 개별 화염이 서로 영향을 미친다는 것을 확인하였다. 이는 화염-화염 간 상호작용 때문에 발생한 결과이다.