This study evaluated comparison of the risk according to the type of fuel by three-dimensional simulation tool(FLACS). The consequence analysis of fire explosion and jet-fire was carried out in the layout of a typical high-pressure gas filling stations using CNG, hydrogen and 30%HCNG. Under the same conditions, hydrogen had a 30kPa maximum overpressure, CNG had a 0.4kPa and HCNG had a 3.5kPa. HCNG overpressure was 7.75 times higher than the CNG measurement, but HCNG overpressure was only 11.7% compared to hydrogen. In case of flame propagation, hydrogen had a very fast propagation characteristics. On the other hand, CNG and HCNG flame propagation velocity and distance tended to be relatively safe in comparison to hydrogen. The estimated flame boundary distance by jet-fire of hydrogen was a 5.5m, CNG was a 3.4m and HCNG was a 3.9m.
This study proposes a new stratified charge system for low emission and ultra lean burn. In order to examine combustion characteristics of the new system, sparkplug with a hole at positive pole and a common CNG injector for injecting fuel were used in this study as injector-type spark plug. The new stratified charge system injects fuel of extremely small quantities and ignites mixture around sparkplug gap. Also, the system was fitted in a visualized constant volume chamber. Then, for analysis of the combustion characteristics, we examined combustion pressure, lean inflammable limit, and visualized combustion flame according to equivalence ratio by comparison with homogeneous charge (HC) method and the new stratified charge (SC) method. As results of this study, in the case of using this system, the propagation speed of initial flame was increased and total combustion period was reduced in the ultra lean burn in the same equivalence ratio. These phenomena occurred clearly under the conditions of lean equivalence ratio. Furthermore, the lean inflammable limit of mixture was extended by using the injector-type spark plug.
Five different size of orifice were applied in a constant volume combustion chamber for evaluating the effects of torch-ignition on combustion. The initial flame development and flame propagation were analyzed by the mass burned fraction and combustion enhancement rate. The combustion pressures were measured to calculate the mass burned fractions and the combustion enhancement rates. In addition, the flame propagations were visualized by the shadowgraph method for the qualitative comparison. The result showed that the combustion pressure and mass burned fraction were increased when using the torch-ignition device. The combustion enhancement rates of torch-ignition cases were improved in comparison with conventional spark ignition. Finally, the visualization results showed that the torch-ignition induced faster burn than conventional spark ignition due to the earlier transition to turbulent flame and larger flame surface, during the initial stage.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.19
no.3
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pp.146-153
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2011
American NREL (National Renewable Energy Laboratory) reported that BDF20 could reduce PM, CO, SOx, and cancerogenic matters by 13.6%, 9.3%, 17.6%, and 13% respectively, compared to diesel fuel. BDF20 has been being tested on garbage trucks and official vehicles at Seoul City, which is positive on air environment, but negative on combustion by higher viscosity in winter season. This study investigated the combustion characteristics by applying pilot injection for improving the deterioration of combustibility caused by the higher viscosity of the BDF20 with the combustion flames taken by a high-speed camera and the cylinder pressure diagram. A 4-cycle single-cylinder diesel engine was remodeled to a visible 2-cycle engine taking the flame photographs, which has a common-rail injection system. The test was done laboratory temperature at $5{\sim}6^{\circ}C$. The results obtained are summarized as follows, (1) In the case of without pilot injection, the flame propagation speed was slowed and the maximum combustion pressure became lower. The phenomena became further aggravated as the fuel viscosity gets higher. (2) In the case of with pilot injection, early stage of combustion such as rapid ignition timing and flame propagation was activated since intermediate products formed by pilot injection act as a catalyst for combustion of main fuel.
Wastes such as shredder dust of disposed vehicles can be decomposed into low calorific flammable gases by Pyrolysis gasification. A stationary electric Power generation using an internal combustion engine fuelled with the waste-pyrolysis gas is an effective way to ease both waste management and energy saving issues. The waste-pyrolysis gas mainly consists of H$_2$, CO, $CO_2$ and $N_2$. The composition and heating value of the gas generated depend on the conversion process and the property of the initial waste. This research analyzed the characteristics of the combustion and the exhaust emissions in a premixed charge spark ignition engine fuelled with several kinds of model gases, which were selected to simulate the pyrolysis-gases of automobile shredder dusts. The influences of the heating value and composition of the fuel were analyzed parametrically. Furthermore, optical analyses of the combustion flame were made to study the influence of the fuel's inert gas on the flame propagation.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.7
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pp.79-88
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2006
In the present paper, the swirl flow structure and flame characteristics of turbulent premixed combustion in a model gas turbine combustor are investigated using large eddy simulation(LES). A G-equation flamelet model is employed to simulate the unsteady flame behavior. When inlet swirl number is increased, the distinct flow structures, such as the shapes of corner recirculation and center toroidal recirculation zone, are observed and the flame length is shorted gradually. Also, the phenomena of flashback are identified at strong swirl intensity. In order to get the accurate description of unsteady flame behavior, the predictive ability of the acoustic wave in a combustor is primarily evaluated. It is found that the vortex generated near the edge of step plays an important role in the flame fluctuation. Finally it is examined systematically that the flame and heat release fluctuation are coupled strongly to the vortex shedding generated by swirl flow and acoustic wave propagation from the analysis of flame-vortex interaction.
Fuel gases such as methane and propane are used in explosion hazardous area of domestic plants and can form non-uniform mixtures with the influence of process conditions due to leakage. The fire-explosion risk assessment using literature data measured under uniform mixtures, damage prediction can be obtained the different results from actual explosion accidents by gas leaks. An explosion characteristics such as explosion pressure and flame velocity of non-uniform gas mixtures with concentration change similar to that of facility leak were examined. The experiments were conducted in a closed 0.82 m long stainless steel duct with observation recorded by color high speed camera and piezo pressure sensor. Also we proposed the quantification method of non-uniform mixtures from a regression analysis model on the change of concentration difference with time in explosion duct. For the non-uniform condition of this study, the area of flame surface enlarged with increasing the concentration non-uniform in the flame propagation of methane and was similar to the wrinkled flame structure existing in a turbulent flame. The time to peak pressure of methane decreased as the non-uniform increased and the explosion pressure increased with increasing the non-uniform. The ranges of KG (Deflagration index) of methane with the concentration non-uniform were 1.30 to 1.58 [MPa·m/s] and the increase rate of KG was 17.7% in methane with changing from uniform to non-uniform.
The low-emission and high-performance diesel combustion is an important issue in the combustion research community, In order to understand the detailed diesel flame involving the complex physical processes, it is quite desirable to diesel spray dynamics, auto-ignition and spray flame propagation. Dynamics of fuel spray is a crucial element for air-fuel mixture formation, flame stabilization and pollutant formation, In the present study, the diesel RCM (Rapid Compression Machine) and the Electric Control injection system have been designed and developed to investigate the effects of injection pressure, injection timing, and intake air temperature on spray dynamics and diesel combustion processes, In terms of the macroscopic spray combustion characteristics, it is observed that the fuel jet atomization and the droplet breakup processes become much faster by increasing the injection pressure and the spray angle, With increasing the cylinder pressure, there is a tendency that the of spray pattern in the downstream region tends to be spherical due to the increase of air density and the corresponding drag force, Effects of intake temperature and injection pressure on auto-ignition is experimently analysed and discussed in detail.
The low-emission and high-performance diesel combustion is an important issue in the combustion research community. In order to understand the detailed diesel flame field involving the complex Physical Processes, It Is quite desirable to study diesel spray dynamics, auto-ignition and spray flame propagation. Dynamics of fuel spray is a crucial element for air-fuel mixture formation flame stabilization and pollutant formation. In the present study, the diesel RCM (Rapid Compression Machine) and the Electric Control injection system have been designed and developed to investigate the effects of injection Pressure, injection timing, and intake air temperature on spray dynamics and diesel combustion processes. In terms of the macroscopic spray combustion characteristics it is observed that the fuel jet atomization and the droplet breakup processes become much faster by increasing the injection pressure and the spray angle. With increasing the cylinder pressure there is a tendency that the shape of spray pattern in the downstream region tends to be spherical due to the increase of air density and the corresponding drag force. Effects of intake temperature and injection pressure on auto-ignition is experimently analysed and discussed in detail.
Kim, Munheon;Yoo, Hoseon;Oh, Byungjin;Park, Jungseo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.5
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pp.593-602
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1999
This paper presents combustion characteristics of LPG-air mixture ignited by the plasma jet in a cylindrical vessel with constant volume, in which our focus is placed on the multi-hole plug configuration. Four types of the plug configuration depending on the number of orifice and the arranged angle are considered, along with two cases of conventional spark ignition for comparison. Not only the flame propagation is photographed at intervals, but the pressure in the combustion chamber is also recorded through the entire combustion process. The results show that the plasma jet ignition enhances the overall combustion rate remarkably in comparison to the spark ignition by generating irregular flame front and penetrating through the unburned mixture. The combustion enhancement rate agrees favorably with the available data, which supports the validity of our experiment. Synthetically estimating, the two-hole sixty-degree plug appears to be the most desirable, in that the maximum pressure as well as the combustion duration is less affected by the sub-energy level than the others. It is also deduced that there may exist an optimal plug configuration capable of rapid combustion for a specific combustion chamber.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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