Flame stabilization characteristics of premixed flames in narrow annular coaxial tubes (NACT) were investigated experimentally. The NACT burner was proposed as a model of a cylindrical refractory burner, and it was made of quartz tubes. Flame stabilization conditions affected by the characteristic length of the burner was investigated with the variation of the equivalence ratio and the flow rates. Flame behaviors in narrow spaces could be directly observed. Conclusively, more wide flame stabilization conditions could be obtained at the case of the decreased channel scale. A flame instability, such as combustion noise was detected concerned with the flame oscillation observed at the surface of multi channel stage. Some flame propagation characteristics had complicated tendencies that may exist in practical porous-media combustors. Therefore, this NACT burner can be a basic configuration for the development of flame stabilization model in porous media combustor, and it will enhance our understanding about the behavior of flames in meso-scale combustion spaces.
Laminar burning velocities have been predicted by constant volume combustion chamber, counter flow burner and others. In this study, the measured flame propagation velocities in an assembled annular stepwise diverging tube were plotted with respect to equivalence ratio, length scale, and velocity scale. Three dimensional approach to understand the flame propagation velocity including laminar burning velocity is investigated, and the surface provides the correlation among quenching distance, propagation velocity, and equivalence ratio.
Experimental studies were carried out in an explosion chamber to investigate the influences of multiple cylinder obstacles on local flame propagation. The chamber dimension is 235 mm in height with a $1,000{\times}950\;mm^2$ rectangular cross section and a large vent area of $1,000{\times}320\;mm^2$. Multiple cylinder bars with obstruction ratio of 30% were used. In order to examine the interaction between the propagating flames and the obstacles, temporally resolved flame front images were recorded by a high speed video camera. The propagation behaviour of local flame fronts around the left obstacle was analyzed in terms of two different methods such as the incremental burnt area divided by the flame front length and the average of the local propagation velocity determined at each point along the flame front. It was found that two methods give good consistency.
Severe dust explosions occurred frequently in food processing industries and explosion damage increase by flame propagation in pipes or plants. However there are few fire explosion data available due to various powder characteristics. We investigated the characteristics of ignition and explosion on sugar, cornstarch and flour dust with high frequency accidents and high social demand. The measurements showed the median diameter of 27.56, 14.76, $138.5{\mu}m$ and ignition temperature has been investigated using by thermo-gravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimeter (DSC). The maximum explosion pressure ($P_m$) and dust explosion index ($K_{st}$) of sugar, cornstarch and flour are 7.6, 7.6, 6.1 bar and 153, 133, 61 [$m{\cdot}bar/s$], respectively. The flame propagation time in duct was calculated in order to evaluate the damage increase due to flame propagation during dust explosion. The explosion hazard increase due to flame propagation was higher in the order of sugar, flour and cornstarch dust.
Propagation rates ($U_{edge}$) of various premixed, twin edge-flames were measured as a function of global strain rate ($\sigma$), mixture strength, and Lewis number (Le). Using a counterflow slot-jet burner with electrical heaters at each end, both advancing (positive $U_{edge}$) and retreating (negative $U_{edge}$) edge-flames can be studied as they propagate along the long dimension of the burner. Experimental results are presented for premixed methane/air twin flames in terms of the effects of $\sigma$ on $U_{edge}$. Both low-$\sigma$ and high-$\sigma$ extinction limits were discovered for all mixtures tested. As a result, the domain of edge-flame stability was obtained in terms of heat loss factor and normalized flame thickness, and comparison with the numerical result of other researchers was also made. For low ($CH_4/O_2/CO_2$) and high ($C_3H_8$/air) Lewis number cases, propagation rates clearly show a strong dependence on Le.
Propagation rates ($U_{edge}$) of various premixed, twin edge-flames were measured as a function of global strain rate ($\sigma$), mixture strength, and Lewis number (Le). Using a counterflow slot-jet burner with electrical heaters at each end, both advancing (positive $U_{edge}$) and retreating (negative $U_{edge}$) edge-flames can be studied as they propagate along the long dimension of the burner. Experimental results are presented for premixed methane/air twin flames in terms of the effects of $\sigma$ on $U_{edge}$. Both low-$\sigma$ and high-$\sigma$ extinction limits were discovered for all mixtures tested. As a result, the domain of edge-flame stability was obtained in terms of heat loss factor and normalized flame thickness, and comparison with the numerical result of other researchers was also made. For low ($CH_4/O_2/CO_2$) and high ($C_{3}H_{8}$/air) Lewis number cases, propagation rates clearly show a strong dependence on Le.
The effect of mixture component makes a nelay time and a long total combustion period $\tau_{p\;max}$. The flame propagation delay $\tau_{df}$ was determined by the record of current ion. The pressure release delay $\tau_{dp}$ and $\tau_{p\;max}$ were determined by the indicated pressure diagram in constant volume of the combustion chamber. The results are as follows: 1) The ignition delay $\tau_t$ time takes the minimum value around $\Phi=1.15$. 2) $\tau_{df}$ and $\tau_t$ time increased according to the increases of the concentrated dilution gases, because the adiabatic flame temperature decreased due to the increases of the heat capacity. But dilution gases have little effect on flame nucleus formation delay 3) The relation between $\tau_t$ time and reciprocal laminar burning velocity is almost linear. 4) The increase of the propagation length is accompanied with increased ratio of the $\tau_{df},\;\tau_{dp},\;\tau_{t},\;\tau_{p\;max}$.
Predicting lower flammability limits (LFL) of hydrogen has become an ever-important task for safety of nuclear industry. While numerous experimental studies have been conducted, LFL results applicable for the harsh environment are still lack of information. Our aim is to develop a calculated non-adiabatic flame temperature (CNAFT) model to better predict LFL of hydrogen mixtures in nuclear power plant. The developed model is unique for incorporating radiative heat loss during flame propagation using the CNAFT coefficient derived through previous studies of flame propagation. Our new model is more consistent with the experimental results for various mixtures compared to the previous model, which relied on calculated adiabatic flame temperature (CAFT) to predict the LFL without any consideration of heat loss. Limitation of the previous model could be explained clearly based on the CNAFT coefficient magnitude. The prediction accuracy for hydrogen mixtures at elevated initial temperatures and high helium content was improved substantially. The model reliability was confirmed for $H_2-air$ mixtures up to $300^{\circ}C$ and $H_2-air-He$ mixtures up to 50 vol % helium concentration. Therefore, the CNAFT model developed based on radiation heat loss is expected as the practical method for predicting LFL in hydrogen risk analysis.
This study is to investigate experimentally the flame structure and propagation mechanism in dust explosions and to provide the fundamental knowledge. Upward propagating laminar dust flames in a vertical duct of 1.8 m height and 0.15 m square cross-section are observed and flame front is visualized using by a high-speed video camera. Also, the thicknesses of preheated and reaction zone have been determined by a schlieren, electrostatic probe and thermocouple. The thickness of preheated zone in lycopodium dust flame is observed to be 4~13 mm, about several orders of magnitude higher than that of premixed gaseous flames. From the experimental results by a PIV(Particle Image Velocimetry) system, a certain residence time of the unburned particle in preheated zone is needed to generate combustible gas from the particle. The residence time will depend on preheated zone thickness, particle velocity and flame propagation velocity.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.11
no.1
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pp.5-10
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2008
A flame speed of methane mixture of water vapor and air have been measured to study the process of flame propagation using schlieren photographs. The quantity of water vapor contained were changed 5% and 10% of total mixture, and equivalence ratio of mixture between 0.8 and 1.2 were tested under the ambient temperature 323K and 373K. The results showed that the burning velocity was decreased by increasing the water vapor contents due to the interruption of flame development. And, the reduction rate of burning velocity was smaller by increasing the water contents under the same ambient temperature. The effects of ambient temperature on burning velocity was decreased by increasing the water vapor contents.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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