This work was performed to investigate the distribution of the fuel droplet size around the bluff-body and the combustion characteristics. The bluff-body is used fur the purpose of increasing the combustion efficiency by stabilizing the flame. Diameters of the bluff-body in this experiment are 6, 8, and 10mm and the impingement angles are $30^{\circ},\;60^{\circ}\;and\;90^{\circ}$. The measurement points were at the distances of 20 and 30 mm axially from the nozzle. The geometry of the bluff-body influenced the spray shape and the combustion characteristics. The SMD was acquired by image processing technique (PMAS), and the mean temperatures were measured by thermocouple. In the condition of ${\theta}=60^{\circ}$, the values of SMD are not greatly varied compared to the other conditions. As the angle of bluff-body was increased, the high temperature region was wider along radial direction. When the air-fuel ratio was larger than 5.2, the NOx concentration was decreased, and an increase in the diameter of the bluff-body decreased the NOx of emission.
초음파 진동자에 의해 미립화된 탄화수소계 액체연료를 분사하는 버너(burner)의 연소특성을 고찰하기 위한 실험이 수행되었다. DSLR 카메라를 이용하여 미립화된 액체연료의 화염형상을 획득하였고, 이미지 후처리를 통해 그 구조를 면밀히 분석하였다. 또한 열전대를 이용하여 연소장의 온도도 측정하였다. 그 결과, 버너 내부에 주입되는 수송가스의 질량유량과, 초음파 진동자의 진폭에 비례하여 화염의 크기가 커졌다. 또한, 버너 작동조건의 변이에 따른 연소장의 온도분포를 측정, 제시한다.
To reduce the soot and NOx simultaneously, a new system of stratified injection is developed. This system discharges stratified diesel-methanol in a D. I. Diesel Engine. Nozzle and delivery valve of conventional injection system were remodeled to inject diesel and methanol from one injector sequently. The quantity of diesel and methanol was controled precisely by micrometers mounted on the injection control lack. The real injection ratio of dual fuel was measured by volumetric ratio. We could confirm the capabilities that soot and NOx simultaneously were reduced by diesel-methanol stratified injection from the results of in-cylinder pressure data obtained from combustion experiment by stratified injection, heat release rate and mass fraction bumed.
The purpose of this study is the experimental and numerical investigation on the DME spray characteristics in the combustion chamber according to the injection timing in a common-rail injection system. The visualization system consisted of the high speed camera with metal halide lamp was used for analyzing the spray characteristics such as spray development processes and the spray tip penetration in the free and in-cylinder spray under various ambient pressure. In order to observe the spray characteristics as a function of injection timing, the piston head shape of re-entrant type was created and the fuel injected into the chamber according to various distance between nozzle tip and piston wall in consideration of injection timing. Also, the spray and evaporation characteristics in the cylinder was calculated by using KlVA-3V code for simulating spray development process and spray tip penetration under real engine conditions. It was revealed that the high ambient pressure of 3 MPa was led to delay the spray development and evaporation of DME spray. In addition, injected sprays after BTDC 20 degrees entered the bowl region and the spray at the BTDC 30 degrees was divided into two regions. In the calculated results, the liquefied spray tip penetration and fuel evaporation were shorter and more increased as the injection timing was retarded, respectively.
Adding small amounts of air to the fuel is used in many commercial combustors to avoid sooty flame. But partially premixed jet flame has lower blowout velocity, $u_{b.o}$, than nonpremixed one. Increasing blowout limit would be one of the key factors to develope highly intense compact combustion devices. Swirling flow enhances fuel and air mixing and induces a highly turbulent recirculation zone, which helps flame stabilization. It was known that NOx emission decreases with swirl on the proper range of swirl number. And it was shown that the flame interaction in multiple jets also increases $u_{b.o}$ owing to the internal recirculation and reduces NO emission. If the effects of swirl and flame interaction are combined together in partially premixed flame, both $u_{b.o}$ increasement and NOx emission reduction could be achieved. Blowout limits of partially premixed interacting propane flame in the swirling air coflow are investigated experimentally. The results show that the flame is not extinguished up to the experimental limits, 210 m/s, at the swirl number of 0.32 and $X_{F,o}$ = 0.46.
The effects of interaction between partially premixed and premixed swirl flames on CO and NOx emissions were experimentally investigated using a hybrid/dual swirl jet combustor for a micro-gas turbine. Under the condition of constant angle ($45^{\circ}$) for outer swirl vane, the angle and direction of inner swirl vane installed for a partially premixed flame were varied as main parameters with a constant fuel flow rate for each nozzle. It was found that for all conditions, CO and NOx emissions were measured below 4 ppm and 15 ppm at 15% $O_2$, respectively, in a wide range of equivalence ratio (0.6~0.9). For co-swirl flows, CO emission increased dramatically as the angle of inner swirl vane increased from $15^{\circ}$ to $45^{\circ}$ near lean-flammability limit (i.e. equivalence ratio of 0.5). On the other hand, the case of swirl $angle=45^{\circ}$ provided the lowest NOx emission at higher equivalence ratios than 0.6. For counter-swirl flows, the case of swirl $angle=45^{\circ}$ extended the lean-flammability limit but higher NOx emissions were found compared to those of co-swirl flows. These results could be inferred by interaction between (inner) partially premixed and (outer) premixed swirl flames. However, these estimations were not clear yet because there was insufficient data on turbulent flow structure and fuel-air mixing in the present experimental approach.
Experimental studies on determination of the supply leading time of propellants to combustion chamber have been made to stably and efficiently guarantee the ignition process with liquid rocket engine. The propellant used is a Jet A-1 as fuel and a liquid oxygen as oxidizer. Unlike impinging FOOF type of injectors are arranged radially and the designed O/F ratio is 2.34. The present experiment program also includes the stability on the quadlet type of ignitor using the triethylalumimum as an ignition source and injector life tests. Experimental results clarifies that the propellant supply through LOx leading to combustion chamber is proper for stable ignition and combustion processes based on the fuel and oxidizer manifold pressures, combustion chamber pressure, and the variation of flame length from the nozzle exit with lapse time, and shows that the leading supply time of propellants affects the engine performance little. The effect of positioning cooling holes is remarkable to protect the injector face.
The authors have reported significant reductions in particulate emissions of diesel engines by generating strong turbulence during the combustion process. This study aims to identify optimum conditions of turbulent mixing for effective soot reduction during combustion. The experiments were conducted with a constant volume combustion vessel equipped with abet-generating cell, in which a small amount of fuel is injected during the combustion of the main spray. The jet of burned gas from the cell impinges the main flame, causing changes In the mixing of fuel and air. Observation was made for a variety combinations of distances between spray nozzle and Jet orifice at different directions of impingement. It Is shown that compared with the case without Jet flame soot decreases when the jet impinges. When the jet is very close to the flame, it penetrates the soot cloud and causes little mixing. There were no apparent differences in the combustion duration when the direction of impingement was varied, although the mechanisms of soot reduction seemed different. An analysis of local turbulent flews with PIV (Particle image Velocimetry) showed the relationship between the scale of the turbulence and the size of the soot cloud.
Co-flow laminar diffusion flames' temperature has been studied experimentally for ethylene$(C_2H_4)$ using a co-flow burner in order to investigate the characteristics of diffusion flame's temperature distribution. The temperature distributions in the flame were measured by rapid insertion of a R-type thermocouple. The measurement area was divided into three zones. 1st area was expect to created PAH zone, Il nd area was expect to form soot zone, which is known to generate most soot volume fraction, and III rd area was expect to from soot oxidization zone. Also The temperature along the flame y-axis as a fuel quantity was measured. As a results, we have measured temperature neglecting the effect of soot particles attached to the thermocouple junction, which is close to the nozzle and upstream zone has a unstable flow in co-flow diffusion flame and acquires that the flame y-axis temperature has a uniform temperature in the generated soot volume fraction zone(II nd).
The prediction of diesel spray penetration has been the subject of several works and intensive investigations are still underway by many researchers. It is required to summarize the correlations developed before 1990 days and to introduce the correlations reported recently in the literature. The existing zero-dimensional models for the prediction of diesel fuel spray penetration can be classified as theoretical and empirical correlations. Of various correlations, the models considered in this paper were selected as based on the evaluation results of previous reviews and the recently published works in the literature. The existing theoretical correlations can be classified into seven categories and the existing empirical ones as two categories in this review. According to the review of existing models, the dominating factors for the prediction of spray tip penetration are the spray angle, discharge coefficient, pressure drop across nozzle, ambient density and orifice diameter and time after the start of injection. Especially, the definition for the measurement of spray angle is different with researchers. It is required to evaluate the existing spray tip penetration models for the very high injection pressure and other fuel sprays such as DME. It is also required to evaluate the correlations for the prediction of diesel spray penetration with the connection of liquid-phase penetration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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