Numerical study is conducted to grasp flame characteristics in $H_2/CO$ syngas counterflow diffusion flames diluted with He and Ar. An effective fuel Lewis number, applicable to premixed burning regime and even to moderately-stretched diffusion flames, is suggested through the comparison among fuel Lewis number, effective Lewis number, and effective fuel Lewis number. Flame characteristics with and without the suppression of the diffusivities of H, $H_2$, and He are compared in order to clarify the important role of preferential diffusion effects through them. It is found that the scarcity of H and He in reaction zone increases flame temperature whereas that of $H_2$ deteriorates flame temperature. Impact of preferential diffusion of H, $H_2$, and He in flame characteristics is also addressed to reaction pathways for the purpose of displaying chemical effects.
In this paper are presented main power and gasdynamic characteristics of C-l6VK hypersonic test cell of Research Test Center of CIAM. Gasdynamic adjustment of the C-l6VK test cell was carried out with the working section constructed on scheme of Ramjet/scramjet test in free stream. Gasdynamic adjustment was conducted stage by stage in tile following sequence. First, check and preparation of all technical systems and checking measuring system. Than determination of the characteristics of test cell on cold (without the heating of air at entrance) regime and determination of the characteristics of test cell on regimes with the heating of air. Finally determination of tile characteristics of test cell with the loading of the working part by object. On tile final stage of gasdynamic adjustment two experiments with tile axisymmetric Scramjet model loaded into the working part of test cell were conducted. The first experiment was conducted with the purpose of determination of flow parameters with the object leaded into the working part and verification of experiment cyclogram. The second experiment was conducted with injection of hydrogen into the combustion chamber of object, that is tile conditions on test cell simulated Scramjet flight Mach number M = 6. Such methodology of gasdynamic adjustment allows to determine influence of experimental object on flow parameters in the working part at different conditions of experiment (with the burning in combustion chamber of object and without the homing), and also to compare flow characteristics in the object duct.
Fast-time instability is investigated for diffusion flames with Lewis numbers greater than unity by employing the numerical technique called the Evans function method. Since the time and length scales are those of the inner reactive-diffusive layer, the problem is equivalent to the instability problem for the $Li\tilde{n}\acute{a}n#s$ diffusion flame regime. The instability is primarily oscillatory, as seen from complex solution branches and can emerge prior to reaching the upper turning point of the S-curve, known as the $Li\tilde{n}\acute{a}n#s$ extinction condition. Depending on the Lewis number, the instability characteristics is found to be somewhat different. Below the critical Lewis number, $L_C$, the instability possesses primarily a pulsating nature in that the two real solution branches, existing for small wave numbers, merges at a finite wave number, at which a pair of complex conjugate solution branches bifurcate. For Lewis numbers greater than $L_C$, the solution branch for small reactant leakage is found to be purely complex with the maximum growth rate found at a finite wave number, thereby exhibiting a traveling nature. As the reactant leakage parameter is further increased, the instability characteristics turns into a pulsating type, similar to that for L < $L_C$.
Reaction characteristics and kinetics of a oxygen carrier (OCN717-R1SU) for chemical looping combustion (CLC) have been investigated using TGA by changing gas concentration (10-30 vol.% $CH_4$) and reaction temperature ($825-900^{\circ}C$). Reaction rate of OCN717-R1SU increased as temperature increased and it was found that reaction is delayed at the initial reaction regime. Johnson-Mehl-Avrami (JMA) model was adopted to explain the reaction phenomenon. The activation energy (E) determined by JMA model in reduction reaction of OCN717-R1SU is $151.7{\pm}2.03kJ/mol$ and pre-exponential factor and JMA exponent were also obtained. The parameters calculated in this study will be applied in design of the reactor and operation conditions for CLC process.
Extinction characteristics and acoustic response of hydrogen-air diffusion flames at various pressures are numerically studied by employing counterflow diffusion flame as a model flamelet in turbulent flames in combustion chambers. The numerical results show that extinction strain rate increases linearly with pressure and then decreases, and increases again at high pressures. Thus, flames are classified into three pressure regimes. Such nonmonotonic behavior is caused by the change in chemical kinetic behavior as pressure rises. The investigation of acoustic-pressure response in each regime, for better understanding of combustion instability, shows different characteristics depending on pressure. At low pressures, pressure-rise causes the increase in flame temperature and chain branching/recombination reaction rates, resulting in increased heat release. Therefore, amplification in pressure oscillation is predicted. Similar phenomena are predicted at high pressures. At moderate pressures, weak amplification is predicted since flame temperature and chain branching reaction rate decreases as pressure rises. This acoustic response can be predicted properly only with detailed chemistry or proper reduced chemistry.
Single Stage To Orbit (SSTO) missions which require its engines to be operated at varying back pressure conditions, use engines operate at high combustion chamber pressures (more than 100bar) with moderate area ratios (AR 70~80). This ensures that the exhaust jet flows full during most part of the operational regimes by optimal expansion at each altitude. Aero-spike nozzle is a kind of altitude adaptation nozzle where requirement of high combustion chamber pressures can be avoided as the flow is adapted to the outside conditions by the virtue of the nozzle configuration. However, the thrust prediction using the conventional thrust equations remains to be a challenge as the nozzle plume shapes vary with the back pressure conditions. In the present work, the performance evaluation of a new aero-spike nozzle is being carried out. Computational studies are carried out to predict the thrust generated by the aero-spike nozzle in varying back pressure conditions which requires the unsteady pressure boundary conditions in the computational domain. Schlieren pictures are taken to validate the computational results. It is found that the flow in the aero-spike nozzle is mainly affected by the base wall pressure variation. The aerospike nozzle exhibits maximum performance in the properly expanded flow regime due to the open wake formation.
초음속 디퓨져에서 천이구간에 대해서 수치적 기법에 의한 분석을 수행하였다. 수치기법으로는 초음속 디퓨져의 내부유동해석을 위하여 2차원 축대칭 Navier-Stokes equation와 $k-{\epsilon}$ 난류모델을 사용하였으며, 로켓엔진 연소실의 천이 구간의 압력변화에 따라서 디퓨져 내부의 마하수 및 진공챔버의 온도 분포를 비교 검토하였다. 초음속 디퓨져의 작동과정에서 진공챔버 내부에 연소가스가 유입되어지고 이러한 현상에 따라서 진공챔버 내부의 압력 및 온도가 상승하는 결과를 확인하였다. 이러한 유동현상에 따라서 천이과정에서 압력 및 온도 상승을 방지하는 시스템이 필요하다.
One of the effective ways to reduce both $NO_x$ and PM at the same time in a diesel CI engine is to operate the engine in low temperature combustion (LTC) regimes. In general, two strategies are used to realize the LTC operation-dilution controlled LTC and late injection LTC - and in this study, the former approach was used. In the dilution controlled regime, LTC is achieved by supplying a large amount of EGR to the cylinder. The significant EGR gas increases the heat capacity of in-cylinder charge mixture while decreasing oxygen concentration of the charge, activating low temperature oxidation reaction and lowering PM and $NO_x$ emissions. However, use of high EGR levels also deteriorates combustion efficiency and engine power output. Therefore, it is widely considered to use increased intake pressure as a way to resolve this issue. In this study, the effects of intake pressure variations on performance and emission characteristics of a single cylinder diesel engine operated in LTC regimes were examined. LTC operation was achieved in less than 8% $O_2$ concentration and thus a simultaneous reduction of both PM and $NO_x$ emission was confirmed. As intake pressure increased, combustion efficiency was improved so that THC and CO emissions were decreased. A shift of the peak Soot location was also observed to lower $O_2$ concentration while $NO_x$ levels were kept nearly zero. In addition, an elevation of intake pressure enhanced engine power output as well as indicated thermal efficiency in LTC regimes. All these results suggested that LTC operation range can be extended and emissions can be further reduced by adjusting intake pressure.
직결형 초음속 연소기 시험 설비를 사용하여 초음속 연소기에 대한 연소 시험을 수행하였다. 설비는 필요한 유동 조건을 모사할 수 있음을 검증하였다. 시험 조건은 유속 마하 2.0, 온도 $915^{\circ}C$, 압력 496 kPa을 15초 동안 모사할 수 있었다. 연소기 모델은 기체 수소를 연료로 사용하여 연료 당량비 0.12에서 점화 및 화염 유지가 가능함을 검증하였다. 이 유동 조건에서 연소 효율은 71%였으며 초음속 유동이 유지되었다.
Zirconium boride is an artificial or which is rarely found in the nature. $ZrB_2$ is popular in the hard material industry because it has a high melting point, excellent mechanical properties and chemical stability. There are two known methods to synthesize $ZrB_2$. The first involves direct reaction between Zr and B, and the second is by reduction of the metal halogen. However, these two methods are known to be unsuitable for mass production. SHS(Self-propagating High-temperature Synthesis) is an efficient and economic method for synthesizing hard materials because it uses exothermic reactions. In this study, $ZrB_2$ was successfully synthesized by subjecting $ZrO_2$, Mg and $B_2O_3$ to SHS. Because of the high combustion temperature and rapid combustion, in conjunction with the stoichiometric ratio of $ZrO_2$, Mg and $B_2O_3$; single phase $ZrB_2$ was not synthesized. In order to solve the temperature problem, Mg and NaCl additives were investigated as diluents. From the experiments it was found that both diluents effectively stabilized the reaction and combustion regime. The final product, made under optimum conditions, was single-phase $ZrB_2$ of $0.1-0.9{\mu}m$ particle size.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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