Natural gas possesses several characteristics that make it desirable as an engine fuel; 1)lower production cost, 2)abundant commodity and 3)cleaner energy source than gasoline. Due to the physics characteristics of natural gas, the volumetric efficiency and flame speed of a natural gas engine are lower than those of a gasoline engine, which results in a power loss of $10-20{\%}$ when compared to a normal gasoline engine. This paper describes the results of a research to improve the performance of a natural gas engine through the modification and controls of compression ratio, air/fuel ratio, spark advance and supercharging and method of measuring flame propagation velocity. It emphasizes how to improve the power characteristics of a natural gas engine. Combustion characteristics are also studied using an ion probe. The ion probe is applied to measure flame speed of gasoline and methane fuels to confirm the performance improvement of natural gas engine combustion characteristics.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.6
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pp.788-794
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1999
The swirl flame is mostly used to stabilize the flame on the burner nozzle in the industrial combustor. In the case of the weak swirl flame(S<0.4), the recirculation zone could not be formed, but in the strong swirl(S>0.6) flame, it could be formed in the center of the swirl flame. In this study, the measurement and analysis of emission species, temperature, radicals of premixed swirl flame in the combustor were performed to understand the NO formation and emission characteristics of the swirl flame of natural gas. The result of NO emission in the swirl flame is that the amount of NO emission in the strong swirl flame decreased about 60% compared with that of the weak swirl flame. The main region of NO formation of the weak swirl flame is positioned in the down stream(z=100~200mm) of the flame, but that of the strong swirl flame is positioned in the up stream(z=40mm) where the recirculation zone seems to be formed. It is supposed that the increase of flame surface and the formation of inversed flame cause the reduction of the high temperature region on the production of NO in the strong swirl flame. The result of NO-temperature relation revealed that the factor of NO formation is not only temperature but also another parameters in the weak swirl flame, but in the strong swirl flame, NO is proportional to the temperature of higher than 1200K.
Under part load condition of spark-ignition engine, pumping loss had great effect on engine efficiency. To reduce pumping loss, the study designed spark-ignited engines to make direct spray of gasoline to combustion chamber. In spark-ignited direct-injection engines, ignition probability is important for successful combustion and flame propagation characteristics are also different from pre-mixed combustion. This study designed a visualization testing device to study ignition probability of spark-ignited direct-injection LPG fuel and combustion flame characteristics. This visualization device consists of combustion chamber, fuel supply system, air supply system, electronic control system and data acquisition system. Ambient pressure, ambient temperature and ambient air flow velocity are important parameters on ignition probability of LPG-air mixture and flame propagation characteristics, and the study also found that sprayed LPG fuel can be directly ignited by spark-plug under proper ambient conditions. To all successful cases of ignition, the study recorded flame propagation image in digital method through ICCD camera and its flame propagation characteristics were analyzed.
Lean laminar premixed propane and methane flames which were anchored by a hydrogen-pilot flame in a tube were investigated experimentally. The flame shapes were observed by varying mean velocity from 10cm/s to 140cm/s and equivalence ratio from 0.45 to 0.8. In this study, behaviors of flames are divided into five regions such as tail-out, flash-back, flickering, stable and vibrating flames with respect to the mean velocity and the equivalence ratio. Although the flames are unstable in both the flickering and the vibrating region, they have different characteristics such as the frequency, sound generation and creation process of flame curvature. The flickering region exists near the flammability limit and the flame flickers in a frequency of about 10Hz. When flame front is bended, the propane flame front is straightened and the methane flame front is bended more by thermo-diffusive instability. In the vibrating region, the flame vibrates emitting audible sound in a frequency of about 100Hz. In the boundary of vibrating region, the vibration of flame changes between two modes such as single frequency vibration and dual frequency vibration. Increase and decrease of vibration in each mode are determined by thermo-acoustic instability.
A premixed combustion has many advantages including low NOx and CO emission, high thermal efficiency and a small volume of combustor. This study focused on combustion characteristics in a premixed combustion burner using the nickel based metal foam. The results show that the blue flame is found to be very stable at heating load 6,300-25,200 kcal/h by implementing the proper nickel based metal foam and baffle plate. The premixed flame mode is changed into green flame, red flame, blue flame and lift off flame with decreasing equivalence ratio. NOx emission was measured 80 ppm(0% oxygen base) from 0.710 to 0.810 of equivalence ratio and CO emission is 90 ppm(0% oxygen base) under the same equivalence ratio. It is also found that the stable blue flame region in flame stability curve becomes wider with increasing the heat load.
In this study, characteristics of jet type flame holder for ramjet engine combustors are investigated Jet flame holder can be easily controlled by the injection angle change and jet momentum variation without any thermal protection devices. Due to the intensive turbulent mixing effect, jet flame holder shows better flame holding performance than mechanical flame holders such as cavity, step and v-shape flame holder.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.22
no.2
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pp.225-231
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1998
Flame propagation speed characteristics of methante-air mixtures were experimentally investigated in combustion chamber modelled engine. Flame propagation process was known as a funtion of equivalence ratio initial pressure and initial temperature. Ion probe and schlieren photograph were applied to measure the local flame speed and flame radius in quiescent mixtures. Pressure was also measured to make sure of the reproducibility and to apply combustion analysis. Burning velocity was calculated from the flame propagation speed and combustion analysis. Flames were developed faster with higher initial pressure and initial temperature but showed maximum propagation speed at equivalence ratio 1.1 regardless of initial pressure and temperature. Local flame speed was maximum values at near midpoint between center and wall.
The present study aims to investigate the flow characteristics with respect to fuel type and equivalence ratio in the flame spray coating process. The flame spray flow is characterized by much complex phenomena including combustion, turbulent flows, and combined heat transfer. The present study numerically simulated the flam spray process and examined the gas dynamics involving combustion, gas temperature and velocity distributions in flame spray process by using commercial computational fluid dynamics (CFD) code of FLUENT (ver. 13.0). In particular, we studied the effect of fuel type and equivalence ratio on thermal and flow characteristics which could substantially affect the coating performance. From the results, it was found that the gas temperature distributions were varied with different fuels because of reaction times were different according to the fuel type. The equivalence ratio also could change the spatial flame distribution and the characteristics of coated layer on the substrate.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.2
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pp.175-184
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1999
A theoretical study on the turbulent round jet diffusion flame impinging on the wall was carried out to predict the characteristics and structure of Impinging jet flame and heat transfer to the wall. Finite chemistry via Arrhenius equation and eddy dissipation model was adopted as a combustion model, and the Favre averaging and $k-{\varepsilon}$ model were Introduced In the theoretical modeling. The SIMPLE algorithm was applied to the calculation. All the transport properties were considered as the variable depending on the temperature and composition. For the parametric study, the distance from nozzle to impinging wall and Reynolds number at nozzle exit were chosen 88 the major parameters. As the results of the present study, the characteristics of flow fields, the distributions of main variables and each chemical species and the flame shapes were obtained. The heat transfer rate from the flame to the wall and the effective heating area were calculated to investigate the Influences of the major parameters on the heat transfer characteristics.
Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference
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2008.11a
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pp.184-188
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2008
This study was carried out to investigate the flame retardant characteristics of wood finished with painting by followed in exposure conditions and flame retardant application method. According to painting types and flame retardant application methods salting occurrences undergoing an influence about the wood finished painting, confirmed. And influence to flame retardant characteristics of exposure condition on large scale not to be and occurrence quantity of the combustion gas undergone and influence In application method of flame trtardant.
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