Recently, many researches have been performed to improve the combustion and emission in a D.I.Diesel engine. Especially reduction of the soot formation in the combustion chamber is the essential to acquire the improvement of the emission performance. This emission of the diesel combustion is effected by the characteristics of air-fuel mixing. Therefore, the optical measurement technique such as LII and LIS were established in order to visualize the distribution of the soot and analyze the particle including spray in the combustion chamber. In this study, we developed the algorithm for calculating relative diameter and density of particle and applied this method to measure stimultaneously the distribution of soot and spray in a D.I. diesel engine. From this experiment we found that the soot is existed in the rich region of spray and generated caused by incapable air fuel mixture.
The influence of oxygen concentration and CO$_{2}$ as diluent in oxidizer side on soot characteristics was studied by Laser Induced Incandescence, Time Resolved LII and Transmission Electron Microscopy photography in non-premixed co flowing flames. Through the comparison of TEM photographs and the decay rate of LII signal, suitable two delay times of TIRE-LII method and signal sensitivity ($\Delta$S$_{TIRE-LII/) were determined. The effects of O$_{2}$ and CO$_{2}$ as diluent in oxidizer side on soot formation are investigated with these calibrated techniques. The O$_{2}$+CO$_{2}$, N$_{2}$, and [Ar+CO$_{2}$] mixture in co-flow were used to isolate CO2 effects systematically. The number concentration of primary particle and soot volume fraction abruptly decrease by the addition of CO$_{2}$ to the co-flow. This suppression is resulted from the short residence time in inception region because of the late nucleation and the decrease of surface growth distance by the low flame temperature due to the higher thermal capacity and the chemical change of CO$_{2}$ including thermal dissociation. As the oxygen concentration increases, the number concentration of soot particles at the inception region increases and thus this increase of nucleation enhances the growth of soot particle.
The characteristics of combustion and radiation heat transfer of an oxygen-enhanced diffusion flame was experimentally analyzed. An infrared radiation heat flux gauge was used to measure the thermal radiation of various types of flames with fuel, air and pure oxygen. And the Laser Induced Incandescence (LII) technique was applied to characterize the soot concentrations which mainly contribute to the continuum radiation from flame. The results show that an oxygen-enhanced inverse diffusion flame is very effective in increasing the thermal radiation compared to normal oxygen diffusion flame. This seems to be caused by overlapped heat release rate of double flame sheets formed in inverse flame and generation of higher intermediate soot in fuel rich zone of oxygen-fuel interface, which is desirable to increase continuum radiation. And the oxygen/methane reaction at slight fuel rich condition (ø=2) in oxygen-enhanced inverse flame was found to be more effective to generate the soot with moderate oxygen availability.
The physical characteristics of soot near the soot inception point were investigated with various measurements. In-situ measurements of particle size and volume fraction were introduced based on time resolved laser-induced incandescence (TIRE-LII) and laser-induced ion mobility (LIIM). The one has more convenience and accuracy than conventional LII technique and the other works best for particle sizes of a few nanometers at high concentrations in a uniform concentration field. A complementary ex-situ measurement of particle size is nano differential mobility analyzer (Nano-DMA), which recently developed for measuring particle sizes between 2nm and 100nm and provides high-resolution size information for early soot. Particles will be also collected on transmission electron microscope (TEM) grids using rapid thermophoretic sampling and analyzed for morphology. These measurements will allow fresh and original insight into the characterizing soot inception process. The measured physical properties of incipient soot will clarify the controlling growth mechanism combined with chemical ones, and the dominant mechanism for soot modeling can be deduced from the information.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.3
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pp.458-464
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2002
Recently, many researches have been performed to improve performances of the combustion and emission in the D.I.Diesel engine. Especially reduction of the soot formation in tole combustion chamber is the essential to acquire the improvement of the emission performance. These emission of the diesel combustion is effected by the characteristics of air-fuel mixing. Thus, in this study, the distribution of soot in the diesel combustion is measured by LII(laser induced incandescence) and LIS(Laser induced scattering) method. From this experimental results, it is confirmed that the swirl flow intensified by SCV(swirl control valve) is effective on the reduction of soot in the combustion chamber.
Kim, Gyu-Bo;Han, Hwi-Young;Chang, Young-June;Jeon, Chung-Hwan
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.5
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pp.78-85
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2007
Recently, diesel vehicles have been increased and their emission standards have been getting strict. The emission of diesel vehicles contains numerous dangerous compounds, especially particulate matters cause a serious environmental pollutant and affect to human health seriously. Thousands of studies have already reported that particulate matters are associated with respiratory and cardiovascular diseases, and death. Due to these, it is necessary to measure the soot concentration and soot particle size in laboratory flames or practical engines to recognize the soot formation, and develop the control strategies for soot emission. In this study, the characteristics of exhausted soot particle size and volume fraction from 2.0L CRDI diesel engine have been investigated as varying engine speed and load. Laser induced incandescence has been used to measure soot concentration. Time-resolved laser induced incandescence has been used to determine soot particle size in the engine. The soot volume fraction is increased as increasing engine load but soot volume fraction is decreased as increasing engine speed. The primary particle size is distributed about $35nm{\sim}60nm$ at each experimental conditions.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.11
no.6
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pp.37-43
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2003
The objective of this work is to investigate the effect of swirl, injection pressure and pilot injection on D.I. diesel combustion by using a transparent engine system. The test engine is equipped with common rail injection system to obtain high pressure and to control injection timing and duration. In this study, the combustion analysis and steady flow test were conducted to estimate the heat release rate from in-cylinder pressure. Soot distribution in diffusion flame according to swirl ratio, injection pressure and pilot injection was investigated by using LII technique. As the results, high injection pressure was found to shorten ignition delay as well as enhance peak pressure and heat release rate was greatly affected by injection timing and pilot injection. In addition, the results showed that the period of soot formation corresponded to the diffusion flame.
The objective of this work is to investigate the effect of swirl, injection pressure and pilot injection on D.I.Diesel combustion by using a transparent engine system. The test engine is equipped with common rail injection system to obtain high pressure and to control injection timing and duration. In this study, the combustion analysis and steady flow test were conducted to estimate the heat release rate from in-cylinder pressure and pilot injection was investigated by using LII technique. As the results, high injection pressure was found to shorten ignition delay as well as enhance peak pressure and heat release rate was greatly affected by injection timing and pilot injection. In addition, the results showed that the period of soot formation corresponded to the diffusion flame.
Multi-hole type oxygen combustion burner was developed for industrial gasification and smelting furnace. We investigated characteristics of flame, radiation transfer, and soot emission in the convectional oxygen burner with respect to the feeding condition of fuel and oxygen. Regarding the results of the conventional burner, we designed new burners which have larger fuel consumption rate and radiation heat transfer. We changed the size and hole number and shape of the exit plane of the burner. In addition, the performance of the burner was tested with respect to the feeding condition of the fuel and air: Normal Diffusion flame(NDF) and Inverse Diffusion Flame(IDF). We investigated the flame configuration, radiation heat transfer, and soot formation by using a CCD camera, heat flux meter, and Laser Induced Incadescence(LII), respectively. The stable operating condition was obtained by the flame configuration and the flame of the burner which has dented exit plane was more stable in whole operating conditions. The characteristics of radiative heat transfer were sensitive to the feeding condition of reactants and the flame of 75% primary oxygen and 25% secondary oxygen of the IDF case shows maximum radiation heat transfer. The soot volume fraction of the flame was measured in the axial direction of the flame and the amount of soot volume fraction is proportion to the radiation heat transfer. As a result, we can get the optimal operating condition of the newly designed burner which enhances the characteristics of flame stabilization and radiation heat transfer.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.18
no.1
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pp.55-60
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2012
In order to investigate the effect of n-heptane mixing on PAH and soot formation, small amount of n-heptane has been mixed in counterflow ethylene diffusion flame. Laser-induced incandescene and laser-induced fluorescene techniques were employed to measure soot volume fraction and polycyclic aromatic hydrocarbon(PAH) concentration, respectively. Results showed that the mixing of n-heptane in ethylene diffusion flame produces more PAHs and soot than those of pure ethylene flame. However, signals of LIF for 20% n-heptane mixture flame were lower than that of pure ethylene flame. It can be considered that the enhancement of PAH and soot formation by the n-heptane mixing of ethylene can be explained by methyl($CH_3$) radical in the low temperature region. And it can be found that reaction rate of H radical for 10% n-heptane plays a crucial role for benzene formation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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