Seo, Jeong-Il;Kim, Nam-Il;Oh, Kwang-Chul;Shin, Hyun-Dong
한국연소학회:학술대회논문집
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2003.05a
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pp.85-91
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2003
The lift-off characteristics of the triple flame within a diverging duct have been studied experimentally using a multi-slot burner, which can control the concentration gradient and the mean velocity independently. In this experiment the triple flame was stabilized successfully in lift-off condition and flame stabilization with a duct or without a duct, lift-off heights, and some other characteristics were examined for propane flame. It was examined that the effects with various concentration gradient and mean velocity on the triple flame. It was found that minimum value of the lift-off heights exist at a certain concentration gradient for constant mean velocity and flame with a duct is more stable than that without. Moreover the propagation velocity of the flame becomes maximum at a certain concentration gradient regardless of mean velocity.
For investigating the effect of fuel stratification on flame propagation, initial flame development and propagation were visualized under different axially stratified states in a port injection SI engine. Stratification was controlled by the combination of the port swirl ratio and injection timing. Experiments were performed in an optical single cylinder engine modified from a production engine and images were captured through the quartz window mounted in the piston by an intensified CCD camera. Firstly in this paper, the characteristics under no port-generated swirl condition, i.e. normal conventional case was studied. Under various stratified conditions, flame images were captured at the pre-set crank angles. These were averaged and processed to characterize the flames propagation. The flame stability was estimated by the weighted average of flame area and luminosity. The stability was also evaluated through the standard deviation of flame area and propagation distance, and mean absolute deviation of propagating direction. Results show that stratification state according to injection timing do not affect on the direction of flame propagation. The flame development and the initial flame stability are strongly dependent on the stratified conditions and the initial flame stability is closely related to the engine stability and lean misfire limit.
Hydrogen is expected to become a new, clean source of energy for the next generation. Therefore, many studies have investigated the characteristics of the hydrogen flame. However, because the hydrogen flame has high temperature, the flame does not emit visible light, and the flame propagates at a high velocity, investigating its characteristics is difficult. In the present study, in order to simultaneously examine the flame temperature and flame propagation velocity of hydrogen/air mixtures, ultra fine thermocouples with diameters of 12.7, 25.4, and 50.8 ${\mu}m$ are utilized. The results show that it is possible to detect the arrival time of the flame. Due to the temperature compensation with the time constants of thermocouples, it is also possible to estimate the flame temperature.
The effect of fuel concentration gradient on the propagation characteristics of tribrachial (or triple) flames has been investigated experimentally in both two-dimensional and axisymmetric counterflows. The gradient at the stoichiometric location was controlled by the equivalence ratios at the two nozzles; one of which is maintained rich, while the other lean. Results show that the displacement speed of tribrachial flames in the two-dimensional counterflow decreases with fuel concentration gradient and has much larger speed than the maximum speed predicted previously in two-dimensional mixing layers. From an analogy with premixed flame propagation, this excessively large displacement speed can be attributed to the flame propagation with respect to burnt gas. Corresponding maximum speed in the limit of small mixture fraction gradient was estimated and the curvefit of the experimental data substantiates this limiting speed. As mixture fraction gradient approaches zero, a transition occurs, such that the propagation speed of tribrachial flame approaches stoichiometric laminar burning velocity with respect to burnt gas. Similar results have been obtained for tribrachial flames propagating in axisymmetric counterflow.
Ha, Ji-Soo;Kim, Tae-Kwon;Park, Jeong;Kim, Kyung-Ho
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.14
no.2
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pp.34-39
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2010
Flame propagation velocity is the one of the main mechanism of the stabilization of triple flame. To quantify the triple flame propagation velocity, Bilger presents the triple flame propagation velocity through the experiment, depending on the mixture fraction gradient, based on the laminar jet flow theory. However, in spite of these many analyses, there has not been any attempt to quantify the triple flame propagation velocity with the radius of flame curvature. In the present research, a relation of the flame propagation velocity is proposed with the radius of flame curvature for the flame stabilization mechanism. As a result, we have shown that the height of lifted flame is determined with the nozzle diameter and exit velocity of fuel and presented that the radius of flame curvature is proportion to the nozzle exit velocity of fuel and height of lifted flame. Therefore, the importance of the radius of flame curvature has to be recognized. To discribe the flame stabilization mechanism, Bilger's formula has to be modified with flame curvature effect.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.3
no.2
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pp.136-145
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1995
The aim of this study is to gain a better understanding of the effect of a flow motion on the flame development by means of an optically-accessible constant-volume combustion chamber and the visualization technique of a combustion flame. At first, the characteristics of a flame propagation are investigated in the combustion field of the two kinds of flow conditions such as a quiescent and a flowing condition, and methane-air mixture is used as fuel. Then the same investigation is performed in two flow configurations : bulk flow motion type and turbulence generating type. In this study, the combustion phenomena are analyzed by measuring the combustion pressure, flame propagation speed, mean velocity, turbulent intensity, and mass fraction burned.
Partial quenching structure of turbulent diffusion flames in a turbulent mixing layer is investigated by the method of flame hole dynamics to develope a prediction model for the turbulent lift off. The present study is specifically aimed to remedy the problem of the stiff transition of the conditioned partial burning probability across the crossover condition by adopting level-set method which describes propagating or retreating flame front with specified propagation speed. In light of the level-set simulations with two model problems for the propagation speed, the stabilizing conditions for a turbulent lifted flame are suggested. The flame hole dynamics combined with level-set method yields a temporally evolving turbulent extinction process and its partial quenching characteristics is compared with the results of the previous model employing the flame-hole random walk mapping. The probability to encounter reacting' state, conditioned with scalar dissipation rate, demonstrated that the conditional probability has a rather gradual transition across the crossover scalar dissipation rate in contrast to the stiff transition of resulted from the flame-hole random walk mapping and could be attributed to the finite response of the flame edge propagation.
Flame propagation in a four-valve spark-ignition optical engine was visualized under lean-bum conditions with A/F=18 at 2000rpm. The early flame development in a four-valve pentroof-chamber single-cylinder engine was examined with imaging of the laser-induced Mie scattered light using an image-intensified CCD camera. Flame profiles along the line-of-sight were also visualized through a quartz piston window. Two-dimensional flame structures were visualized with a Proxitronic HF-1 fast motion camera system by Mie scattering from titanium dioxide particles along a planar laser sheet generated by a copper vapor laser. The flame propagation images were subsequently analysed with an image processing programme to obtain information about the flame structure under different tumble flow conditions generated by sleeved and non-sleeved intake ports. This allowed enhancement of the flame images and calculation of the enflamed area, and the displacement of its center, as a function of the tumble flow induced by the pentroof-chamber in the vicinity of spark plug. Image processing of the early flame development quantified the correlation between flame and flow characteristics near the spark plug at the time of ignition which has been known to be one of the most important factors in cyclic combustion variations in lean-burn engines. The results were also compared with direct flame images obtained from the natural flame luminosity of the lean mixture.
Partial quenching structure of diffusion flames in a turbulent mixing layer has been investigated by the method of flame hole dynamics in oder to develope a prediction model for the phenomenon of turbulent flame lift off. The present study is specifically aimed to remedy the shortcoming of the stiff transition of the conditioned partial burning probability across the crossover condition by employing the level-set method which enables us to include the effect of finite flame edge propagation speed. In light of the level-set simulation results with two models for the edge propagation speed, the stabilizing conditions for turbulent lifted flame are suggested. The flame hole dynamics combined with the level-set method yields a temporally evolving turbulent extinction process and its partial quenching characteristics is compared with the results of the previous model employing the flame-hole random walk mapping based on three critical scalar dissipation rates. The probability to encounter reacting state, conditioned with scalar dissipation rate, demonstrated that the conditional probability has a rather gradual transition across the crossover scalar dissipation rate. Such a smooth transition is attributed to the finite response of the flame edge propagation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.12
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pp.1692-1701
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2001
This study describes the combustion characteristics under various condition of air excess ratio and ignition timing in a 2-valve SI optically accessible engine with swirl control valve(SCV). It adapted three different types of SCV(open ratio 72.5%, 78%, 59%) to strengthen a swirl flow. Pressure data were acquired using pressure sensor to investigate the effect of swirl flow on combustion, and from these pressure data, IMEP(indicated mean effective pressure) and MFB(mass fraction burnt) were calculated to explain burn rate and flame speed. From acquired flame images, we inspected the flame propagation direction, flame area, and flame centroid. Flame propagation direction showed different tendency between with/without SCV, and flame area with SCV was faster and larger than that of conventional engine. Finally, the representative flame images at each crank angle were acquired by PDF method to verify flame growth process. It is found that strengthened swirl flow is more beneficial for faster and stable combustion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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