• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 제26회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
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• pp.129-136
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• 2003

Numerical study with momentum-balanced boundary conditions has been conducted to grasp chemical effects of added $CO_{2}$ and $H_{2}O$ to fuel- and oxidizer-sides on flame structure and NO emission behavior in $CH_{4}$/Air counterflow diffusion flames. The dilution with $H_{2}O$ results in significantly higher flame temperatures and NO emission, but dilution with $CO_{2}$ has much more chemical effects than that with $H_{2}O$. Maximum reaction rate of principal chain branching reaction due to chemical effects decreases with added $CO_{2}$. but increases with added $H_{2}O$. The NO emission behavior is closely related to the production rate of OH, CH and N. The OH radical production rate increases with added $H_{2}O$ but those of CH, N decrease. On the other hand the production rates of OR CH and N decrease with added $CO_{2}$. It is found that NO emission behavior is considerably affected by chemical effects of added $CO_{2}$ and $H_{2}O$.

• 한국연소학회지
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• 제8권4호
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• pp.9-14
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• 2003

High temperature air combustion technology has been utilized by using preheated air over 1100 K and excessive exhaust gas recirculation. Numerical analysis was performed to investigate the combustion characteristics with high temperature deficient oxygen air combustion by adopting a counterflow as a model problem accounting for detailed chemical kinetics. Methane($CH_4$) was used as a test fuel and calculated oxidizer conditions were low temperature high oxygen (300K, $X_{O2}=0.21$) and high temperature low oxygen (1300K, $X_{O2}=0.04$) conditions. The latter case showed that the flame temperature is lower than the former case and its profile showed monotonic decrease from oxidizer to fuel side, without having local maximum flame temperature at high stretch rate. Also, heat release rate was one order lower and it has one peak profile because of low oxygen concentration and heat release rate integral is almost same for stretch rate. High temperature low oxygen air combustion shows low NO emission characteristics.

• 오토저널
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• 제11권3호
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• pp.37-48
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• 1989

The effects of burnt gas mixing, which can be caused by turbulent eddy mixing, on the interaction and extinction characteristics of premixed flames are analyzed using large activation energy asymptotics adopting counterflow as a model problem. The results show that the burnt gas mixing, preferential diffusion and heat loss affect the fuel consumption rate, flame temperature and the oxidizer concentration at the flame which influence the flame behavior and the extinction characteristics.

• 대한기계학회논문집B
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• 제30권9호
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• pp.905-912
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• 2006

Experiments in low strain rate methane-air counterflow diffusion flames diluted with $CO_2$ have been conducted to investigate the flame extinction behavior and edge flame oscillation in which flame length is less than the burner diameter and thus lateral conductive heat loss in addition to radiative loss could be remarkable at low global strain rates. The critical mole fraction at flame extinction is examined in terms of velocity ratio and global strain rate. It is seen that flame length is closely relevant to lateral heat loss, and this sheets flame extinction and edge flame oscillation considerably. Lateral heat loss causes flame oscillation even at fuel Lewis number less than unity. Edge flame oscillations are categorized into three: a growing-, a harmonic- and a decaying-oscillation mode. Onset conditions of the edge flame oscillation and the relevant modes are examined with global strain rate and $CO_2$ mole fraction in fuel stream. A flame stability map based on the flame oscillation modes is also provided at low strain rate flames.

• 한국연소학회지
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• 제17권3호
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• pp.9-16
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• 2012

Nonlinear dynamics of pulsating instability in radiating counterflow diffusion flames is numerically investigated by imposing Damk$\ddot{o}$hler number perturbation. Stable limit-cycle solutions occur in small ranges of Damk$\ddot{o}$hler numbers past bifurcation point of instability. Period doubling cascade and chaotic behaviors appear just before dynamic extinction occurs. Nonlinear dynamics is also studied when large disturbances are imposed to flames. For weak steady flames, the dynamic extinction range shrinks as the magnitudes of disturbances are increased. However, strong steady flames can overcome relatively large disturbances, thereby the dynamic extinction range extending. Stable limit-cycle behaviors reappears prior to dynamic extinction when the steady flames are strong enough.

• 한국연소학회지
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• 제18권2호
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• pp.42-50
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• 2013

Linear stability analysis of radiating counterflow diffusion flames is numerically conducted to examine the instability characteristics of cellular patterns. Lewis number is assumed to be 0.5 to consider diffusional-thermal instability. Near kinetic limit extinction regime, growth rates of disturbances always have real eigen-values and neutral stability condition of planar disturbances perfectly falls into quasi-steady extinction. Cellular instability of disturbance with transverse direction occurs just before steady extinction. However, near radiative limit extinction regime, the eigenvalues are complex and pulsating instability of planar disturbances appears prior to steady extinction. Cellular instability occurs before the onset of planar pulsating instability, which means the extension of flammability.

• 한국연소학회지
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• 제13권4호
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• pp.16-25
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• 2008

Experiments have been conducted to clarify impacts of curtain flow and velocity ratio on low strain rate flame extinction, and to further display transition of shrinking flame disk to flame-hole. Critical mole fractions at flame extinction are examined in terms of velocity ratio, global strain rate, and nitrogen curtain flow rate. It is shown that multi-dimensional effects at low strain rate flames through global strain rate, velocity ratio, and curtain flowrate dominantly contribute to flame extinction and transition of shrinking flame disk to flame hole. Our concerns are particularly focused on the dynamic behavior of an edge flame in shrinking flame disk.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제26권4호
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• pp.55-62
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• 2012

소화약제의 국소방출방식 개념이 적용될 수 있는 대향류 확산화염을 대상으로 $CO_2$ 소화약제의 소화기구를 재조명하기 위한 연구가 시도되었다. 이를 위해 연료 또는 공기류에 $CO_2$가 첨가된 낮은 총괄신장율의 $CH_4$/air 대향류 확산화염이 상세반응을 이용한 수치해석을 통해 검토되었다. 첨가된 $CO_2$를 포함한 복사 참여 화학종의 복사 열손실을 고려하기 위하여 optically thin model(OTM)이 적용되었다. 주요 결과로서, 공기류에 첨가된 $CO_2$의 소화농도 예측결과는 문헌에 보고된 실험결과를 적절하게 예측하고 있으나, 연료류에 첨가된 경우 다소 과소 예측된 결과를 확인하였다. 소화효과에 대한 정량적 분석을 위하여 가상의 소화약제의 개념이 도입되었다. $CO_2$ 소화효과의 분석을 통해 총괄신장율($a_g$)에 따른 순수 희석효과, 복사 열손실 및 열용량에 의한 열적효과 그리고 $CO_2$의 연쇄반응 억제를 통한 화학적 효과의 정량적 기여도를 구체적으로 확인할 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권9호
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• pp.859-866
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• 2010

대향류 확산화염에서 확산-전도 불안정성에 의한 맥동불안정성의 비선형 거동을 수치 해석적으로 연구하였다. Lewis 수를 1보다 충분히 크게 두고 일차원 준정상상태의 화염의 해로부터 Damkohler 수를 섭동시켜 시간에 따른 화염의 전개를 계산하였다. 맥동 불안정성에 의한 비선형 화염전개는 세 가지 다른 형태, 즉 교란이 점점 감소되는 경우, 교란이 증폭되어 안정된 주기적 진동이 일어나는 경우, 그리고 교란이 계속 증폭되어 화염이 소염되는 경우 등으로 나타났다. 스트레치를 받지 않는 화염의 결과와 달리 대향류 유동장의 화염에서는 안정된 한계순환 맥동 불안정이 존재하였다. 세 가지 다른 형태의 화염 전개를 보이는 임계 Damkohler 수를 계산하여 동적 소염이 일어나는 영역을 표시하였고, 이는 층류소화염의 국소소염 계산에 이용될 수 있다. 불안정성이 나타나는 갈래질의 구조는 초임계 및 임계이하 Hopf 갈래질로 나타났다. 특정한 Damkohler 수의 영역에서 안정된 한계 순환 갈래질이 나타났으며, 화염온도가 증가함에 따라 영역이 축소되어 안정된 한계순환이 일어나는 영역은 사라지고 불안정한 한계순환 갈래질이 나타났다. 안정된 한계순환 영역이 확장되는 영역이 존재하며, 이는 단순한 한계순환 불안정성이 주기배증에 의한 Rossler 갈래질이 나타나면서 한계 영역이 확장되었다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제28권3호
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• pp.20-28
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• 2014

대향류 메탄/공기 확산화염에서 복사모델이 소화한계에 미치는 영향이 수치적으로 검토되었으며, 수치결과의 검증을 위하여 기초실험이 병행되었다. 소화약제로는 $N_2$와 $CO_2$가 고려되었으며, 다른 정확도를 갖는 복사모델 OTM과 SNB에 따른 소화농도의 차이가 검토되었다. 주요 결과로서, $N_2$가 첨가된 경우, 복사모델의 정확도에 따라 소화농도의 큰 차이가 발생되지 않는다. 그러나 강한 복사효과를 갖는 $CO_2$가 낮은 신장율의 화염에 첨가되었을 때, SNB와 같은 예측 정확도가 높은 복사모델이 고려되어야 한다. 특히 연료에 첨가된 $CO_2$의 경우 복사모델 SNB와 OTM에 의한 소화농도는 차이를 갖게 된다. 따라서 소화농도 예측을 위해서는 수치해의 정확도와 계산시간을 고려한 합리적인 복사모델의 선택이 필수적이라 할 수 있다.