지원사업
학술연구/단체지원/교육 등 연구자 활동을 지속하도록 DBpia가 지원하고 있어요.
커뮤니티
연구자들이 자신의 연구와 전문성을 널리 알리고, 새로운 협력의 기회를 만들 수 있는 네트워킹 공간이에요.
논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 허강열
- 발행연도
- 2022
- 저작권
- 포항공과대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수16
이 논문의 연구 히스토리 (2)
- 이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
- 연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
- 이 논문의 연구 히스토리 확인하기
초록· 키워드
오류제보하기
난류 예혼합화염의 통계적인 기하학적 구조는 평균 반응 진행 변수와 화염 면적밀도, 평균 방향 벡터, 평균 곡률과 평균 절대 곡률 등의 통계량으로 나타내어진다.
통계적인 기하학적 구조를 나타내는 통계량들의 화염면 수직 방향 움직임에 의한 수송 방정식을 반응 진행 변수 $c$의 지배 방정식에 조건 평균을 적용하여 유도하였다.
새롭게 유도된 방정식들은 접선 방향 유동과 역 구매 방향의 난류 수송이 나타나는 기존의 단순 평균된 방정식들보다 단순하고 닫힘이 쉽다.
유도된 방정식들을 검증하기 위해 모든 항을 비압축성 DNS로 계산된 두 개의 통계적 정상 상태인 평판형 자유 전파 화염에 대해 계산하여 식의 밸런스를 확인하였다.
그 결과에서 평균 방향 벡터와 평균 절대 곡률이 난류 화염의 선단과 후단 근처를 제외하고는 공간적인 수송이 거의 없이 국지적으로 생성과 소멸의 평형을 이루고 있는 것을 발견하였다.
이로부터 화염 전체적으로 균일한 평균 방향 벡터와 평균 절대 곡률로 화염 면적밀도를 나타내는 간단한 닫힘 방법을 고안하였다.
밀도에 대한 가정 없이 얻어진 이러한 닫힘 관계는 비압축성이나 압축성의 평판형 자유 전파 화염에 대해 모두 성립할 것으로 기대된다.
제안된 닫힘 방법을 적용하기 위해서는 평균 방향 벡터와 평균 절대 곡률의 크기를 미리 알 필요가 있고 이들은 각각 난류와 층류 화염 속도의 비와 화염 브러시의 특성 wrinkling scale의 역수로 나타난다.
두 개의 DNS 화염에 대해 조건 평균 유동 속도와 displacement 속도의 닫힘 관계와 그로부터 예측된 평균 반응 진행 변수와 화염 면적밀도가 직접 계산된 통계량과 잘 일치하였고 선단부와 후단부에서는 다소의 차이가 있었다.
제안된 닫힘 방법은 더욱 일반적인 난류 예혼합화염에 대해 확장될 수 있지만 각 상황에 맞는 적절한 닫힘 관계에 대한 연구가 추가로 필요하다.
조건 평균 닫힘 법은(CMC) 조건 평균 방법을 적용하여 성공적으로 난류 확산 연소의 화염편 구조를 알아내었다.
유사하게 이 연구에서는 조건 평균을 반응 진행 변수 $c$의 지배 방정식에 적용하여 난류 예혼합 화염편의 구조와 난류 화염 속도에 대한 지배 방정식을 유도하였다.
통계적 정상 상태인 평판형 비압축성 난류 예혼합화염들에 대한 DNS를 수행하고 유도된 방정식의 항들을 각 화염에 대해서 계산하여 검증하였다.
유도된 화염편 방정식은 층류 예혼합화염과 같은 형태를 가져서 분자 확산 계수와 난류 확산 계수의 합으로 나타나는 확산 계수를 사용하여 해를 직접 구하는 것으로 난류 화염 속도를 쉽게 계산할 수 있다.
새롭게 고안된 난류 화염 속도 계산 방법의 타당성을 DNS 화염들의 난류 화염 속도를 계산하여 검증하였다.
또한 조건부 화염편에 대해 유도된 방정식은 다수의 화학종이 존재하고 Lewis 수가 1이 아닌, 보다 실제에 가까운 경우에 대해 확장되었다.
확장된 방정식의 해법을 표준적인 층류 화염 코드 중 하나인 Cantera를 이용해 구현하였다.
구현된 방법의 타당성을 검증하기 위해 문헌상의 실험실 화염들에 대해서 확장된 방정식의 해를 구하고 난류 화염 속도를 예측하여 측정된 난류 화염 속도와 비교하였다.
이때 측정되지 않은 난류 확산 계수를 난류 강도와 실험 기구의 특성을 나타내는 상수의 곱으로 추정하여 난류 화염 속도를 예측하고 측정이 잘 일치하는 것을 확인할 수 있었다.
이후에는 난류 확산 계수가 직접 측정된 실험 결과에 대해서 난류 화염 속도를 예측하고 측정된 난류 화염 속도와 비교하여 검증하는 추가 연구가 필요하다.
통계적인 기하학적 구조를 나타내는 통계량들의 화염면 수직 방향 움직임에 의한 수송 방정식을 반응 진행 변수 $c$의 지배 방정식에 조건 평균을 적용하여 유도하였다.
새롭게 유도된 방정식들은 접선 방향 유동과 역 구매 방향의 난류 수송이 나타나는 기존의 단순 평균된 방정식들보다 단순하고 닫힘이 쉽다.
유도된 방정식들을 검증하기 위해 모든 항을 비압축성 DNS로 계산된 두 개의 통계적 정상 상태인 평판형 자유 전파 화염에 대해 계산하여 식의 밸런스를 확인하였다.
그 결과에서 평균 방향 벡터와 평균 절대 곡률이 난류 화염의 선단과 후단 근처를 제외하고는 공간적인 수송이 거의 없이 국지적으로 생성과 소멸의 평형을 이루고 있는 것을 발견하였다.
이로부터 화염 전체적으로 균일한 평균 방향 벡터와 평균 절대 곡률로 화염 면적밀도를 나타내는 간단한 닫힘 방법을 고안하였다.
밀도에 대한 가정 없이 얻어진 이러한 닫힘 관계는 비압축성이나 압축성의 평판형 자유 전파 화염에 대해 모두 성립할 것으로 기대된다.
제안된 닫힘 방법을 적용하기 위해서는 평균 방향 벡터와 평균 절대 곡률의 크기를 미리 알 필요가 있고 이들은 각각 난류와 층류 화염 속도의 비와 화염 브러시의 특성 wrinkling scale의 역수로 나타난다.
두 개의 DNS 화염에 대해 조건 평균 유동 속도와 displacement 속도의 닫힘 관계와 그로부터 예측된 평균 반응 진행 변수와 화염 면적밀도가 직접 계산된 통계량과 잘 일치하였고 선단부와 후단부에서는 다소의 차이가 있었다.
제안된 닫힘 방법은 더욱 일반적인 난류 예혼합화염에 대해 확장될 수 있지만 각 상황에 맞는 적절한 닫힘 관계에 대한 연구가 추가로 필요하다.
조건 평균 닫힘 법은(CMC) 조건 평균 방법을 적용하여 성공적으로 난류 확산 연소의 화염편 구조를 알아내었다.
유사하게 이 연구에서는 조건 평균을 반응 진행 변수 $c$의 지배 방정식에 적용하여 난류 예혼합 화염편의 구조와 난류 화염 속도에 대한 지배 방정식을 유도하였다.
통계적 정상 상태인 평판형 비압축성 난류 예혼합화염들에 대한 DNS를 수행하고 유도된 방정식의 항들을 각 화염에 대해서 계산하여 검증하였다.
유도된 화염편 방정식은 층류 예혼합화염과 같은 형태를 가져서 분자 확산 계수와 난류 확산 계수의 합으로 나타나는 확산 계수를 사용하여 해를 직접 구하는 것으로 난류 화염 속도를 쉽게 계산할 수 있다.
새롭게 고안된 난류 화염 속도 계산 방법의 타당성을 DNS 화염들의 난류 화염 속도를 계산하여 검증하였다.
또한 조건부 화염편에 대해 유도된 방정식은 다수의 화학종이 존재하고 Lewis 수가 1이 아닌, 보다 실제에 가까운 경우에 대해 확장되었다.
확장된 방정식의 해법을 표준적인 층류 화염 코드 중 하나인 Cantera를 이용해 구현하였다.
구현된 방법의 타당성을 검증하기 위해 문헌상의 실험실 화염들에 대해서 확장된 방정식의 해를 구하고 난류 화염 속도를 예측하여 측정된 난류 화염 속도와 비교하였다.
이때 측정되지 않은 난류 확산 계수를 난류 강도와 실험 기구의 특성을 나타내는 상수의 곱으로 추정하여 난류 화염 속도를 예측하고 측정이 잘 일치하는 것을 확인할 수 있었다.
이후에는 난류 확산 계수가 직접 측정된 실험 결과에 대해서 난류 화염 속도를 예측하고 측정된 난류 화염 속도와 비교하여 검증하는 추가 연구가 필요하다.
목차
I. Introduction 51.1 Closure of conditional-averaged transport equation 51.2 Estimation of turbulent burning velocity by the conditional flamelet equation 8II. Theory 112.1 Conditional averaging in turbulent premixed flames 112.2 Transport equations for geometrical flamelet statistics in terms of normal flame motion 132.3 Closure relationships for the coupled c and f equations in a planar freely propagating flame brush 182.4 Governing equation for conditional flamelet structure 232.5 Turbulent Burning Velocity 262.5.1 Scaling relationships for laminar and turbulent flame speeds with a single reacting scalar 262.5.2 Prediction of turbulent burning velocity with multiple species and energy equations 27III. Methods 283.1 Direct numerical simulation (DNS) 283.2 Computing statistics of DNS results 323.3 Mini-language for postprocessor 333.4 Solution of flamelet equations 413.5 Test Flames in DNS and experiment 433.5.1 DNS Flames 433.5.2 Experimental Flames 45IV. Results: Closure of the averaged transport equation 494.1 Conditional turbulent flow and flamelet statistics 494.2 Transport of c and f in terms of normal flame motion 524.3 Transport of hnif , hr nif and hjr njif in terms of normal flame motion 654.4 Validation of the closure relationships for the c and f equations 69V. Results: Conditional flamelet structure and burning velocity 795.1 Balance of the conditional mean c equation 795.2 ST prediction for DNS flames with a single reacting scalar 795.3 ST prediction for experimental flames 84VI. Conclusion 926.1 Closure of the averaged transport equation 926.2 Conditional flamelet structure and burning velocity 946.3 Recommendations for future work 95A. Derivation of the transport equations for ... 96Summary (in Korean) 102References 104
최근 본 자료
댓글(0)
0