Purpose: In this study, a hybrid power system was developed for agricultural machines with a 20-KW output capacity, and it was attached to a multi-purpose cultivator to improve the performance of the cultivator, which was evaluated using output tests. Methods: The hybrid system combined heterogeneous sources: an internal-combustion engine and an electric power motor. In addition, a power splitter was developed to simplify the power transmission structure. The cultivator using the hybrid system was designed to have increased fuel efficiency and output power and reduced exhaust gas emissions, while maintaining the functions of existing cultivators. Results: The fuel consumption for driving the cultivator in the hybrid engine vehicle (HEV) mode was 341 g/KWh, which was 36% less than the consumption in the engine (ENG) mode for the same load. The maximum power take off output of the hybrid power system was 12.7 KW, which was 38% more than the output of the internal-combustion engine. In the HEV mode, harmful exhaust gas emissions were reduced; i.e., CO emissions were reduced by 36~41% and NOx emissions were reduced by 27~51% compared to the corresponding emissions in the ENG mode. Conclusions: The hybrid power system improved the fuel efficiency and reduced exhaust gas emissions in agricultural machinery. Lower exhaust gas emissions of the hybrid system have considerable advantages in closed work environments such as crop production facilities; therefore, agricultural machinery with less exhaust gas emissions should be commercialized. However, the high manufacturing cost and complexity of the proposed system are challenges which need to be solved in the future.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.5
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pp.447-452
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2015
A hybrid power system was developed for agricultural machines with a 20kW output capacity, and it was attached to a multi-purpose cultivator to improve the performance of the cultivator. The hybrid system combined heterogeneous sources: an internal-combustion engine and an electric power motor. In addition, a power splitter was developed to simplify the power transmission structure. The cultivator using a hybrid system was designed to have increased fuel efficiency and output power and reduced exhaust gas emissions, while maintaining the functions of existing cultivators. The fuel consumption for driving the cultivator in the hybrid engine vehicle (HEV) mode was 341g/kWh, which was 36% less than the consumption in the engine (ENG) mode for the same load. The maximum power take off output of the hybrid power system was 12.7kW, which was 38% more than the output of the internal-combustion engine. In the HEV mode, harmful exhaust gas emissions were reduced; i.e., CO emissions were reduced by 36~41% and NOx emissions were reduced by 27~51% compared to the corresponding emissions in the ENG mode. The hybrid power system improved the fuel efficiency and reduced exhaust gas emissions in agricultural machinery. The hybrid system's lower exhaust gas emissions have considerable advantages in closed work environments such as crop production facilities. Therefore, agricultural machinery with less exhaust gas emissions should be commercialized.
The present work focuses on the analysis of the pulverized coal combustion aerodynamics of the dual swirl burner by the control of the swirl-modes such as the outer swirl intensity (OSI). The detailed structure of pulverized coal swirling flames with swirl-mode was studied experimentally by particle image velocimetry and local flame colors based on $OH^*$, $CH^*$, and ${C_2}^*$ radicals. For all co-swirling conditions, the internal recirculation zone (IRZ) was observed near the inner shear layer with respect to the processing vortex core structure. Furthermore, a co-rotating vortex in the outer shear layer and the exhaust tube vortex (ETV) along the central axis were observed. The intensity of $CH^*$ signal was higher with small coal particle size, conversely, the size of the distribution of the $CH^*$ signal becomes larger. Therefore, the control of the aerodynamics with changing swirl intensities may play an important role in improving both environmental and combustion performances.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.17
no.4
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pp.32-39
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2009
The HCCI engine is a next generation engine, with high efficiency and low emissions. The engine may be an alternative to SI and DI engines; however, HCCI's operating range is limited by an excessive rate of pressure rise during combustion and the resulting engine knock in high-load. The purpose of this study was to gain a understanding of the effect of only initial temperature and thermal stratification for reducing the pressure-rise rate in HCCI combustion. And we confirmed characteristics of combustion, knocking and emissions. The engine was fueled with Di-Methyl Ether. The computations were conducted using both a single-zone model and a multi-zone model by CHEMKIN and modified SENKIN.
Porous metal plates (Metal fiber, muti-hole metal plate) using mainly in surface burner are known to have a corrosion and durability problem under high temperature condition. In this study, premixed flat flame with perforated ceramic tile of more durable cordierite material was examined with respect to combustion stability and emission. The flat premixed ceramic burner consists of perforated ceramic tile and various type of baffle plates to form stable surface flame. The results show that most stable flat flame is generated using baffle plate with open ratio of 0.193. In downward flat flame mode which is widely used in condensing boiler, CO is measured below 50ppm from equivalence ratio 0.755 to 0.765 and $NO_X$ is measured below 12ppm from equivalence ratio 0.75 to 0.79. It is also found that the range of blue flame in flame stability curve becomes wider with increasing heat capacity.
Kim Hong Jip;Kim Seong-Ku;Han Yeoung-Min;Choi Hwan-Seok
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.9
no.3
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pp.1-9
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2005
An acoustic analysis of a fuel-rich gas generator for the drive of a turbopump in a liquid rocket engine has been performed and the length of a duct has been determined by comparing the resonant frequency of unstable acoustic modes to simulate an flight model gas generator, A practical short-length simulating duct has been determined by considering 1 or 2 wavelength of the unstable modes. Length adjustment of duct to turbopump can be a method to suppress a combustion instability problem by decoupling of acoustic mode and combustion characteristics. This method has been set up and validated with acoustic analysis and hot firing tests.
This study was conducted to investigate on the combustion characteristic with the effects of mat thickness and fuel kinds in a metal-fiber burner. The mode transition point is confirmed by the K value, which was defined as the rate of flow velocity and laminar burning velocity. The ($T^4_{sur}-T^4_{\infty}$) is highest at methane flame with 3 T thickness. Through the measurement of the unburned mixture temperature, the possibility of submerged flame in surface combustion burner was confirmed. The rapid emission of CO occurs nearby limit blow out (LBO) because of the increase of flow velocity. In case of NOx, the trend is similar with surface temperature. However, it also considered that the NOx emission is affected by residence time with flame position.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.13
no.6
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pp.1180-1187
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2010
In the last decade, hydrogen peroxide has received renewed interest as a green propellant which is non-toxic, environmentally clean and relatively easy to handle. This study was performed to acquire the design technique and combustion performance of a 200N bi-propellant engine using hydrogen peroxide and kerosene. The engine which used a catalytic ignition method was designed and cold flow tests were carried out to investigate atomization characteristics. Combustion tests including a pulse mode operation were performed to investigate the combustion performance on various O/F ratios. The results showed that the combustion efficiency and the repeatability of the engine performance were enough to use as an essential database for the development of a high performance engine.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.25
no.1
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pp.42-49
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2021
As a measure of susceptibility on the combustion instability, thermo-acoustic instabilities in rocket combustion system was considered for the estimation of the operational stability margin. Growth rate, which governs the asymptotic stability behavior of the system, was determined from the dynamic data measured during combustion tests in order to understand the dynamic characteristics of combustor system. Frequency transform technique was first applied to determine the system parameters such as growth rate and/or damping coefficient for an interested mode from the time series pressure data, and the PDFs of pressure amplitude were extracted from the amplitude envelope of pressure oscillation for the stochastic analysis.
Park, June-Sung;Kim, Hyun-Pyo;Park, Jeong;Kim, Jeong-Soo;Keel, Sang-In
한국연소학회:학술대회논문집
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2006.10a
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pp.65-72
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2006
Experiments in methane-air low strain rate counterflow diffusion flames diluted with nitrogen have been conducted to study the behavior of flame extinction and edge flame oscillation in which flame length is less than the burner diameter and thus lateral conduction heat loss in addition to radiative heat loss could be remarkable at low global strain rates. Critical mole fraction at flame extinction is examined with velocity ratio and global strain rate. Onset conditions of edge flame oscillation and flame oscillation modes are also provided with global strain rate and added nitrogen mole fraction to fuel stream (fuel Lewis number). It is seen that flame length is closely relevant to lateral heat loss, and this affects flame extinction and edge flame oscillation considerably. Edge flame oscillations in low strain rate flames are experimentally described well and are categorized into three: a growing oscillation mode, a decaying oscillation mode, and a harmonic oscillation mode. The regime of flame oscillation is also provided at low strain rate flames. Important contribution of lateral heat loss even to edge flame oscillation is clarified.
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