This study presents a review on Chemical looping combustion (CLC) development, design aspects and modeling. The CLC is in fact an unmixed combustion based on the transfer of oxygen to the fuel by a solid oxygen carrier material avoiding the direct contact between air and fuel. The CLC process is considered as a very promising combustion technology for power plants and chemical industries due to its inherent capability of $CO_2$ capturing, which avoids extra separation costs of the of $CO_2$ from the rest of flue gases. This review covers the issues related to oxygen carrier materials. The modeling works are reviewed and different aspects of modeling are considered, as well. The main drawbacks and future research and prospects are remarked.
Sho, Dea-Wha;Li, Yingmei;Cho, Yong-Joon;Kim, Tae-Wan;Korobova, N.;Isaikina, O.;Mansurov, Z.;Baydeldinova, A.;Ksandopoulo, G.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2001.07a
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pp.620-623
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2001
The peculiarities of using Self-propagating High-temperature Synthesis (SHS) and solid state phase synthesis for production of high temperature superconductor materials are discussed. Oxide superconductors with general formula $ReBa_2$$Cu_3$$O_{7-x}$ (Re= Y, Yb, Sm, Nd) have been made with using barium oxide initial powder instead of traditional barium carbonate. X-ray powder diffraction showed a single phase orthorhombic perovskite structure was produced in all reactions. Phenomena observed during the grinding of the reactant mixture are presented. Mechano-chemical activation - as a pretreatment of the reactant mixture - strongly influences the kinetic parameters, the reaction mechanism, and the composition and structure of the final product.
Catalytic effects of metallic salts on the combustion of diesel fuel oil have been studied. In the case of organometallic salt, the active species are the metallic oxides resulted from combustion of the salts. The oxides act only on the residual solid carbon produced from the fuel oil combustion. The catalytic activity can be explained with the semiconductor theory just as in the case of the gas phase reaction. The chemical rate constant of the combustion of carbon, the soot from diesel fuel oil, is found to be $k_c=1.1{\times}10^4\;exp$ (-16,600/T) below $800^{\circ}K$. By addition of metallic oxides, the rate constant increases remarkably. This work has substantiated the belief that the effect of the metallic salts on the fuel oil combustion can conveniently be studied by checking directly the effect of the corresponding metallic oxide on the soot carbon.
Air-assisted atomizer flames are investigated numerically to study spray structures in nonburning and burning conditions based on experimental data. A PDA is used to measure droplet size, velocity, and number density for both nonburning and burning spray. Computations utilize time-averaged gas-phase equations and $k-{\varepsilon}$ turbulence model for simplicity. The major features of the liquid-phase model are that a SSF approach is used to represent the effect of gas-phase turbulence on droplet trajectories and vaporization, an infinite-diffusion model is employed to represent the transient liquid-phase process. Computation and experiment results show that the droplet acceleration and evaporation proceed quickly in near the atomizer, characterizing high number densities and a strong convective effect. The primary combustion zone, however, is dorminated by the gas phase reaction and exhibits a sheath combustion.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.5
no.1
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pp.15-26
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1997
The present study is mainly motivated to numerically simulate the autoignition and combustion process of a diesel spray in RCM and effects of design parameters on combustion and engine performance in the DI diesel engine using EGR. In case of the burning spray in RCM, special emphasis is given to the autoignition process coupled with the fluid mechanics and chemical reaction. Computations are carried out for a wide range of operating condition in terms of temperature, concentration of oxygen and carbon dioxide of the intake gas in the DI diesel engine. Numerical results indicate that the mixing process along the edges of spray jet has a crucial role for autoignition and combustion process. Temperature and concentration of O2 and CO2 of intake gas significantly influence the combustion characteristics and engine performance in the diesel/EGR environment.
Hydrogen-dimethy ether (DME) and hydrogen-diesel compression ignition engine combustion were investigated and compared each other in a single cylinder compression ignition engine. Hydrogen and DME were used as low carbon alternative fuels to reduce green house gases and pollutant. Hydrogen was injected at the intake manifold with an injection pressure of 0.5 MPa at fixed injection timing, $-210^{\circ}CA$ aTDC. DME and diesel were injected directly into the cylinder through the common-rail injection system at injection pressure of 30 MPa. DME and diesel inejction timing was varied to find the optimum CI combustion to reduce CO, HC and NOx emissions. When DME was injected early, CO and HC emissions were high while NOx emission was low. Fuel consumption, heat release rate, and exhaust emissions were measured to analyze each combustion characteristics of each ignition promoter. Fuel consumption was decreased when diesel was used as an ignition promoter. This is due to the lower volatility of diesel which created more stratified charge than DME.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.12
no.1
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pp.10-16
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2004
The Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) engine has advantage for reducing the NOx and P.M. simultaneously. Therefore, HCCI engine is receiving attention as a low emission diesel engine concept. This study was carried out to investigate the characteristics of combustion and exhaust emission for operating conditions in a direct injection type of HCCI engines such as supercharged and naturally aspirated using diesel fuel and additive. From the experimental result, we found that cool flame was always appeared and also it was difficult to control combustion characteristics by changing the injection timing in HCCI. In addition, at the lean air-fuel ratio and high speed range, it was observed that charging air pressure, additive or increasing intake air temperature is effective to increase combustion performance and reduce exhaust emission. We concluded that chemical reaction by the increasing intake air temperature or additive without physical improvement has limitation for reduction of exhaust emission.
Thermal analysis, analysis of combustion residue and combustion characteristics measure ment such as burning rate or temperature were carried out to clarify the combustion mechanism of a tungsten- potassium perchlorate-barium chromate chromate delay powder. The results obtained are as follows. The main reaction of the delay powder of tungsten-potassium perchlorate-barium chromate is the oxidation of tungsten by potassium perchlorate. Barium chromate acts as a burning rate modifier, and the smaller the larger is the burning rate. Three types of delay composition used in this study show characteristic burning behavior. A stoichiomertric or a oxidizer-rich composition has a small linear burning rate. although it is has a large heat of combustion. On the other hand, a tungsten-excess or a fuel-rich composition with a small heat of combustion has a larger linear burning rate than the former, showing a small fractional oxidation of tungeten (below 10%) contained in the delay powder. From these results, a surface combustion mechanism is proposed for the combustion mechanism of this delay powder.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.5
s.248
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pp.465-471
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2006
Controlled auto-ignition(CAI) combustion, offers the potential to improve fuel economy and reduce emission simultaneously. In this study, CAI-combustion was achieved in a single cylinder gasoline DI engine with modified camshafts in order to restrict the gas exchange process. We investigated the effects of air-fuel ratio, residual EGR rate and injection timing such as early injection and late injection on the attainable CAI combustion region. The effect of injection timings on combustion characteristic such as start of combustion, combustion duration and heat release rate was also investigated. From the result early injection causes the mixture to ignite earlier and burn more quickly due to the exothermic reaction during the recompression and gives rise to good mixing of the fuel/air. On the other hand, late injection extended the operation region more than early injection but the emissions of HC and NOx were more or less increased than early injection.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.5
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pp.1671-1678
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1996
In external chemical vapor deposition processes including VAD and OVD the distribution of flame-synthesized silica particles is determined by heat and mass transfer limitations to particle formation. Combustion gas flow velocities are such that the particle diffusion time scale is longer than that of gas flow convection in the zone of particle formation. The consequence of these effects is that the particles formed tend to remain along straight smooth flow stream lines. Silica particles are formed due to oxidation and hydrolysis. In the hydrolysis, the particles are formed in diffuse bands and particle formation thus requires the diffusion of SiCl$\_$4/ toward CH$\_$4//O$\_$2/ combustion zone to react with H$\_$2/O diffusing away from these same zones on the torch face. The conversion kinetics of hydrolysis is fast compared to diffusion and the rate of conversion is thus diffusion-limited. In the language of combustion, the hydrolysis occurs as a Burke-Schumann process. In selected conditions, reaction zone shape and temperature distributions predicted by the Burke-Schumann analysis are introduced and compared with experimental data available. The calculated centerline temperatures inside the reaction zone agree well with the data, but the calculated values outside the reaction zone are a little higher than the data since the analysis does not consider diffusion in the axial direction and mixing of the combustion products with ambient air. The temperatures along the radial direction agree with the data near the centerline, but gradually diverge from the data as the distance is away from the centerline. This is caused by the convection in the radial direction, which is not considered in the analysis. Spatial distribution of silica particles are affected by convection and diffusion, resulting in a Gaussian form in the radial direction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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