3-D LES for Reacting and Non-reacting Flow Characteristics on a Swirl Stabilized Annular Combustor

스월 환형연소기의 반응 및 비반응 유동 특성 연구를 위한 3차원 Large Eddy Simulation

Flow difference between reacting and non-reacting case in a swirl stabilized annular combustor is investigated using 3D Large Eddy Simulation with flamelet turbulent combustion model. The combustor of concern is the LM6000, lean premixed dry low-NOx annular combustor, developed by GEAE. Boundary conditions are based on experimental data. Heat release as a result of combustion put the dilatation of density in primary combustion zone highly increased so that the main swirl stream behind of a swirl cup stretched further downstream than that of non-reacting case. The oval shape of core flow in cross-section to flow direction, which clearly observed in non-reacting case, tends to be circle, and small vorticities in wide range in non-reacting case disappears, but the size of iso-vorticity increase in reacting case.

환형 스월 난류 연소기 내에서 반응, 비반응시 발생하는 유동의 차이를 flamelet 난류연소와 난류유동 모델을 모두 고려한 3차원 LES 기법으로 연구하였다. 계산 모델은 GEAE의 LM6000 환형연소기를 이용하였으며, 조건은 실험에서 얻어진 값을 이용하였다. 연소시 열방출에 의해 연소가스의 체적이 팽창하고 이로 인해 유입되는 스월의 주흐름은 하류방향으로 더욱 뻗어나간다. 비반응에서 나타났던 수직 단면에서의 타원형의 속도 분포는 원형에 가깝게 변하며, 비반응 유동장에서는 와류의 분포가 광범위하게 나타나지만, 반응유동에서는 약한 와류들은 소멸되는 것으로 나타났다. 즉 반응과 비반응에서 와류 분포와 강도, 그리고 동일 세기의 와류의 크기가 확연히 다르게 나타나는데, 이는 연소에 의한 밀도 팽창에 의한 영향으로 판단된다.