Using a counterflow burner, downstream interactions between $CH_4$-air and $H_2/N_2$-Air premixed flames with various equivalence ratios has been experimentally investigated. Flame stability maps on triple and twin flames are provided in terms of global strain rate and equivalence ratio. Lean and rich flammable limits are examined for methane/air and hydrogen/nitrogen/air mixtures over the entire range of mixture concentrations in the interacting flames. Results show that these flammable limits can be significantly modified in the presence of interaction such that mixture conditions beyond the flammability limit can be still burn if it is supported by stronger flame. The experiment also discusses various oscillatory instabilities in a stability map.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.7
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pp.893-900
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2003
Numerical simulations of freely propagating flames burning stoichiometric C $H_4$/CHC1$_3$/ $O_2$/$N_2$ mixtures are performed at atmospheric pressure in order to understand the effect of the $O_2$ enrichment level and the CHC1$_3$/C $H_4$ molar ratio. A chemical kinetic mechanism is developed, which involves 69 gas-phase species and 379 forward and 364 backward reactions. The calculated flame speeds are compared with the experiments for the flames established at several CHC1$_3$/C $H_4$ molar ratio (R<1), the results of which is in excellent agreement. As a results of the increased $O_2$ enrichment level from 0.21 to 1, the flame speed and the temperature in the burned gas are increased. At high CHC1$_3$/C $H_4$ molar ratio two peak values appear on the $O_2$ consumption rate, which are affected by CC1$_2$+ $O_2$$_{-}$>C1O+CC1O and H+ $O_2$$_{-}$>O+OH.+OH.
The decomposition of tetrafluoromethane has been investigated with the reaction mechanism proposed for freely propagating $CH_4/CF_4/O_2/N_2$ premixed flames on the oxygen enrichment. The factors affecting on the removal efficiency of tetrafluoromethane were analyzed. The increase in flame temperature due to oxygen enrichment has a great influence on the removal efficiency of tetrafluoromethane. At the same oxygen enrichment condition, the removal efficiency in the rich flame is higher than one in the lean flame. The increase of the F/H ratio leads to decrease the flame temperature and the removal efficiency of tetrafluoromethan is decreased at the flame temperature of 2600 K or lower, The elementary reactions that dominate the consumption of tetrafluoromethane are (R1) $CF_4+M=CF_3+F+M$ and (R2) $CF_4+H=CF_3+HF$. (R1) has the greatest effect on the consumption of tetrafluoromethane under the oxygen enhanced flames.
Park, Jeong;Kwon, Oh Boong;Keel, Sang-In;Yun, Jin-Han
Journal of the Korean Society of Combustion
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v.21
no.1
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pp.8-17
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2016
Downstream interactions between lean premixed flames with mutually different fuels of syngas and $CH_4$ have been numerically investigated particularly on and near lean extinction limits. The interaction characteristics between lean premixed (50% $H_2$ + 50% CO)-air and $CH_4$-air flames were shown to be quite different from those between the same hydrocarbon flames. The lean extinction boundaries were of slanted shape, thereby implying strong interactions. The weaker flames had negative flame speeds on the upper extinction boundaries, whereas the weaker flame speeds on the lower extinction boundaries were both negative and positive. The results also showed that the flame interaction characteristics did not follow the general tendency with the dependency of Lewis number in downstream interactions between the same hydrocarbon flames. Importance of chemical interaction in flame characteristics is discussed in the downstream interactions between lean premixed (50% $H_2$ + 50% CO)-air and $CH_4$-air flames.
An experimental study was conducted to investigate the flame stability of the synthetic gas (syngas) using an impinging premixed jet burner. Since the syngas mainly consisted of $H_2$ and CO, the $H_2$/CO mixture was simulated as the syngas. $H_2$/CO mixture ratios, fuel/air mixture velocities and equivalence ratios were used as major parameters on the flame stabilitym The role of the impinging plate on the flame stability was also examined. In addition, laminar burning velocities of the $H_2$/CO mixture were predicted numerically to understand the characteristics of the flame stability for the syngas. The increase in the H2 concentration into the syngas brings about the extension of the blowout limit and the reduction in the flashback limit in terms of the stable flame region. The impinging jet plate broadened the blowout limit but does not play important role in changing of the flashback limit. Finally, it was found that the stability region of the flame using the syngas, which is expressed in terms of the mixture velocity and the equivalence ratio in this study, significantly differed from that of $CH_4$.
The propagation rates of advancing and retreating non-premixed edge flames in a slot-jet counterflow were measured as a function of strain rate for varying jet spacing, mixture strength, stoichiometric mixture fractions $(Z_{st})$ and Lewis numbers (Le). Methane and propane fuels were tested and nitrogen and carbon dioxide were used as inerts. As results, we could identify igniting fronts, retreating fronts, two total extinction limits, and short-length edge flames. A burner separation affected to a low extinction limit only. Regimes for advancing and retreating edges together with total extinction were mapped in terms of normalized flame thickness and heat loss factor for $CH_4/O_2/N_2$ mixtures. Edge flames for $Z_{st}$ > 0.5 behaved like a stronger mixture while for $Z_{st}$ < 0.5 showed deteriorated feature, because of relative locations of a non-premixed flame and intermediate species such as CO and $H_2$. Furthermore, due to the relative importance of heat loss, propagating speeds of edge flames were significantly enhanced in $CH_4/O_2/CO_2$ mixtures (Le < 1) demonstrating increasing stability limits. However $C_3H_8/O_2/N_2$ mixtures (Le > 1) showed opposite result.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.10
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pp.1025-1031
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2011
Autoignition characteristic is an important parameter for designing diesel or PCCI engines. In particular, diesel spray flames are lifted from the nozzle and the initial flame is formed by an autoignition phenomenon. The lifted nature of diesel spray flames influences soot formation, since air will be entrained into the spray core by the entrainment of air between the nozzle region and the lifted flame base. The objective of the present study was to identify the effect of heat loss on the ignition delay time by adopting a coflow jet as a model problem. Methane ($CH_4$), ethylene ($C_2H_4$), ethane ($C_2H_6$), propene ($C_3H_6$), propane ($C_3H_8$), and normal butane (n-$C_4H_{10}$) fuels were injected into high temperature air, and the liftoff height was measured experimentally. As the result, a correlation was determined between the liftoff height of the autoignited lifted flame and the ignition delay time considering the heat loss to the atmosphere.
The multi-environment probability density function model has been applied to simulate the turbulent $CH_4/H_2$ flames under MILD conditions. The direct quadrature method of moments (DQMOM) has been adopted to solve the transport PDF equation due to its computational efficiency and robustness. The IEM model represents the micromixing process. The numerical results obtained in this study are precisely compared with experimental data in terms of unconditional means and conditional means for scalar field including temperature and species mass fraction.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.612-616
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2017
An experimental study investigates the flame response characteristics of non-premixed flame and premixed flame. Air was used as the oxidant. Hydrogen($H_2$)/methane($CH_4$) was used as the fuel, and the mixing ratio of the fuel was 50/50%. Flame response characteristics for various velocity perturbations were experimented. The flame images was acquired using the OH fluorescence measurement and the images were digitized using MatLab code. The results of the premixed flame show that flame perturbation increases as the oscillation amplitude increases. As the amplitude increases, the gain value of the flame transfer function is observed to be a linear behavior. The flame length of a nonpremixed flame decreases as the oscillation amplitude increases. Also, it was confirmed that the gain value according to the amplitude behaves nonlinearly.
Guahk, Young Tae;Lee, Dae Keun;Kim, Seung Gon;Ko, Chang-Bog;Park, Jong-Ho
한국연소학회:학술대회논문집
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2015.12a
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pp.73-74
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2015
Synthesis gas such as hydrogen and carbon monoxide was produced from $CH_4/oxygen$ mixture using insulated pressurized porous media combustor. Experimentally, two cylindrical SiC foams with the different pore density were piled up in a quartz tube and fully premixed mixture was supplied in the axial direction. After stabilizing fuel-rich flame at the interface of the two foams at several pressure conditions, mole fractions of synthesis gases were measured by gas chromatography. Heat recirculation through the inner foam structure could extend the flow velocity of stable region over the laminar burning velocity. As the pressure increased, the rich flammability limit, $H_2/CO$ ratio, and module M increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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