Extinction characteristics and acoustic response of hydrogen-air diffusion flames at various pressures are numerically studied by employing counterflow diffusion flame as a model flamelet in turbulent flames in combustion chambers. The numerical results show that extinction strain rate increases linearly with pressure and then decreases, and increases again at high pressures. Thus, flames are classified into three pressure regimes. Such nonmonotonic behavior is caused by the change in chemical kinetic behavior as pressure rises. The investigation of acoustic-pressure response in each regime, for better understanding of combustion instability, shows different characteristics depending on pressure. At low pressures, pressure-rise causes the increase in flame temperature and chain branching/recombination reaction rates, resulting in increased heat release. Therefore, amplification in pressure oscillation is predicted. Similar phenomena are predicted at high pressures. At moderate pressures, weak amplification is predicted since flame temperature and chain branching reaction rate decreases as pressure rises. This acoustic response can be predicted properly only with detailed chemistry or proper reduced chemistry.
Lots of Coal power plants (about 30) using bituminous coals are being run in Korea. The use of high volatile low grade sub-bituminous coal is increasingly extended because of imbalance between the worldwide coal supply and demand. Mill-fire has been an important issue since the use of such sub-bituminous coal. In existing coal plants of Korea, shutdown of coal and air supplies could be only a way, and an alternative has not been found in suppressing the mill fire. The inside fowfield in the mills has a highly fuel-rich, low temperature, and high velocity and non-reactive such that it could be a nonreactive system essentially. Nevertheless, occasional fire-occurrence could be attributed to the existence of an ignition source. However it has not been so far investigated in detail. The current work has a focus on suppressing the mile fire via some parametric experimental study such as effects of temperature, residence time, ignition source, and inert gas mixing. The results show that an small amount of $CO_2$- or $N_2$-mixing with air is very effective in suppressing fire formation even at high temperatures or flying sparks. The results suggest that exhaust gas recirculation into the mill should be an alternative to suppress mill fire.
This work presents an experimental investigation to study $NO_x$ emissions under stoichiometric air ratio and elevated pressure (2~10bar) in a High Press Combustor(HPC) equiped with double cone burner which was designed by Pusan Clean Coal Center(PC3). Exaust gas temperature and $NO_x$ emissions were measured at the end of the combustion chamber. The $OH^*$ radical concentration and $NO_x$ emission were decreased as a function of increasing ${\lambda}$ generally. On the other hand, $OH^*$ radical concentration and $NO_x$ emission increased with ${\lambda}$ pressure of the combustion chamber. $NO_x$ emissions which were governed by thermal $NO_x$, were highly increased under the elevated pressure, but slightly increased at sufficiently low fuel concentrations (${\lambda}>2.0$).
Breakdown characteristics of air in the vertical arrangement of line conductor and plane electrode in case of combustion flame on the plane electrode are examined by the application of AC. and DC voltages to the gap. In order to investigate the effect of paraffin flame on the breakdown characteristics of air, flashover voltages are measured according to the variation of the gap length and the horizontal distance between the flame and the line conductor. As the result of the experiment, flashover voltages are substantially lowered down to 29.8% in case of the AC voltage, and 16.1% in case of the negative DC voltage, when in the presence of the flame. from 100% when in the absence of flame. Flashover voltages of air in the range of smaller than 3㎝ at the horizontal distance are increased in the proportion of the gap length and the horizontal distance in case of both AC and negative DC voltages. But before the flashover occurs, the flame is extinguished by such corona wind that is produced from the line conductor when the gap length and the horizontal distance reach to a certain degree. The effect of relative air density and the phenomenon of thermal ionization are analysed as the reduction factors of flashover voltages, due to high temperature of the flame.
고공 환경에서의 점화 연소 특성을 확인하기 위해 선행되어야 할 저압/저온 환경 모사 및 연료 유량 제어 실험을 수행하였다. 저압 환경을 모사하기 위하여 초음속 디퓨저를 이용하였고, 공기 유량 공급 및 디퓨저 1차 전단 노즐 압력에 따라 다양한 고도의 저압 환경을 조성할 수 있음을 확인하였다. 또한 저온 환경을 모사하기 위해 액체 질소를 이용한 열교환기를 활용하였고, 혼합 탱크로 유입되는 극저온/상온 공기 온도 조건을 일정하게 유지할 경우 다양한 공기 유량 조건에서 혼합 공기의 온도는 극저온/상온 공기의 혼합비에 의해 결정됨을 알 수 있었다. 이에 따라 본 연구에서 구축한 고고도 환경 모사 시스템을 활용하여 다양한 고도 조건에서의 점화 및 연소 특성 실험 수행이 가능함을 입증하였다.
The present study is mainly motivated to investigate the vaporization, auto-ignition and spray combustion processes in DI diesel engine using DME and n-heptane. In order to realistically simulate the dimethyl ether (DME) spray dynamics and vaporization characteristics in high-pressure and high-temperature environment, the high-pressure vaporization model has been utilized. The interaction between chemistry and turbulence is treated by employing the Representative Interaction Flamelet (RIF) model. The detailed chemistry of 336 elementary steps and 78 chemical species is used for the DME/air reaction. Based on numerical results, the detailed discussion has been made for the distinctly different combustion characteristics of DME diesel engine in term of vaporization, ignition delay, pollutant formation, and heat release rate.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제34권8호
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pp.1050-1056
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2010
디젤기관은 공기만을 흡입 압축한 후에 연료를 분사하여 연소하기 때문에 높은 압축비가 가능하다. 높은 압축비에 의한 고효율의 장점과 연료의 직접분사에 의한 매연미립자의 배출 및 질소산화물의 배출이 많은 단점을 갖고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 많은 연구들이 진행되었으며 수소를 흡기중에 공급하는 기술도 연구되고 있다. 본 논문에서는 미량의 수소를 연소실에 공급하여 엔진성능에 미치는 영향을 평가하였다. 토크와 엔진속도를 100%, 75%, 50%, 25%, 0%와 700rpm, 1000rpm, 1500rpm, 2000rpm로 구분하여 실험하였다. 실험결과 질소산화물이 약간 증가하였지만 연료소비율, 스모크와 일산화탄소 배출은 감소하였다. 수소의 첨가는 저부하 영역에서는 효과가 거의 없었지만 고부하 영역에서 큰 효과가 있었다.
Droplet combustion at high ambient pressures is studied numerically by formulating one dimensional combustion model in the mixture of n-heptane fuel and air. The ambient pressure is supercritical conditions. The modified Soave-Redlich-Kwong state equation is used in the evaluation of thermophysical properties to account for the real gas effect on fluid p-v-T properties in high pressure conditions. Non-ideal thermodynamic and transport property at near critical and supercritical conditions are also considered. Several parametric studies are performed by changing ambient pressure and initial droplet diameter. Droplet lifetime decreased with increasing pressure. Surface temperature increased with increasing pressure. Ignition time increased with increasing initial droplet diameter. Temporal or spatial distribution of mass fraction, mass diffusivity, Lewis number, thermal conductivity, and specific heat were presented.
The experimental design methodology was applied in the real scale coal-fired boiler to predict the various combustion properties according to the operating conditions and to assess the coal plant safety. Response surface method (RSM) was introduced as a design of experiment, and the database for RSM was provided with the numerical simulation of the coal-fired boiler. The three independent variables, high heating value of coal (HHV), overall stoichiometry excess air ratio (OST), and burner-side stoichiometry excess air ratio (BST), were set to characterize the cross section averaged NOx concentration and temperature distribution. The maximum NOx concentration was predicted accurately and mainly controlled by BST in the boiler. The parabola function was assumed for the zone averaged peak temperature distribution, and the prediction was in a fairly good agreement with the experiments except downstream. Also, the location of the peak temperature was compared with that of maximum NOx, which implies that thermal NOx formation is the main mechanism in the coal-fired boiler. These results promise the wide use of statistical models for the fast prediction and safety assessment.
In this paper we show design and operation of 1MWth pulverized coal combustion test facility. The test facility is consists of coal feeding system, furnace and flue gas treatment system. The furnace is equipped with a top-fired burner in order to avoid influence of gravity on the coal particles. There are two part of vertical(VP) and horizontal pass(HP) at furnace. We can measure temperature and species of coal flames in vertical pass. Also, there is horizontally arranged section where investigation regarding corrosion and deposit formation will be carried out. The burner of combustor was externally air staging burner(EASB) type made by IFRF. The pulverized high bituminous(Blair athol) coal from Australia was used as fuel, and the particle size less than 80 ${\mu}m$ was 83.4%. Overall excess air ratio was 1.2.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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