Computational experiments on fundamental un stretched laminar burning velocities and flame response to stretch (represented by the Markstein number) of hydrogen-air flames at high temperatures and pressures were conducted in order to understand the dynamics of the flames including hydrogen as an attractive energy carrier in conditions encountered in practical applications such as internal combustion engines. Outwardly propagating spherical premixed flames were considered for a fuel-equivalence ratio of 0.6, pressures of 5 to 50 atm, and temperatures of 298 to 1000 K. For these conditions, ratios of unstretched-to-stretched laminar burning velocities varied linearly with flame stretch (represented by the Karlovitz number), similar to the flames at normal temperature and normal to moderately elevated pressures, implying that the "local conditions" hypothesis can be extended to the practical conditions. Increasing temperatures tended to reduce tendencies toward preferential-diffusion instability behavior (increasing the Markstein number) whereas increasing pressures tended to increase tendencies toward preferential-diffusion instability behavior (decreasing the Markstein number).
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.9
no.1
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pp.21-27
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2006
The laminar burning velocity was measured using a spherical combustion bomb with central ignition. Mixtures with equivalence ratio between 0.6 and 1.2, were tested. The computation was carried out for the burning velocity using premix code of Chemkin program under the unburned gas pressure of 0.5bar-30bar and temperature of 300K-700K at ${\Phi}1.0$. The results showed little difference between these two methods. The burning velocity was decreased by increasing the pressure and increased by increasing the temperature. The burning velocity was predicted by using the following equations $$S_L(m/s) = S_{st}(T/300)^{1.85}(P)^{-0.45}$$$$(0.5bar{\leq}P{\leq}30bar,\;300K{\leq}T{\leq}700K)$$).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.1
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pp.244-254
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1996
Flow velocity was measured by, use of hot wire anemometer. Turbulence intensity was in proportion to mean flow velocity regardless of swirl velocity. And integral length scale has proportional relation with swirl velocity regardless of measurement position. Turbulent burning speed during flame propagation which was determined by flame photograph and gas pressure of combustion chamber was increased with the lapse of time from spark and was decreased a little at later combustion period. Because of combustion promotion effect, turbulent burning speed was increased according to increase of turbulence intensity. Burning speed ratio i.e. ratio of turbulent burning speed ($S_BT$) to laminar burning speed ($S_BL$) was found out by use of turbulence intensity u' and integral length scale $l_x$ , $\delta_L$ is width of preheat zone in laminar flame.
The main purpose of this work is to test the validation of use of a four step reaction mechanism to simulate the laminar speed of hydrogen enriched methane flame. The laminar velocities of hydrogen-methane-air mixtures are very important in designing and predicting the progress of combustion and performance of combustion systems where hydrogen is used as fuel. In this work, laminar flame velocities of different composition of hydrogen-methane-air mixtures (from 0% to 40% hydrogen) have been calculated for variable equivalence ratios (from 0.5 to 1.5) using the flame propagation module (FSC) of the chemical kinetics software Chemkin 4.02. Our results were tested against an extended database of laminar flame speed measurements from the literature and good agreements were obtained especially for fuel lean and stoichiometric mixtures for the whole range of hydrogen blends. However, in the case of fuel rich mixtures, a slight overprediction (about 10%) is observed. Note that this overprediction decreases significantly with increasing hydrogen content. This research demonstrates that reduced chemical kinetics mechanisms can well reproduce the laminar burning velocity of methane-hydrogen-air mixtures at lean and stoichiometric mixture flame for hydrogen content in the fuel up to 40%. The use of such reduced mechanisms in complex combustion device can reduce the available computational resources and cost because the number of species is reduced.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.23
no.3
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pp.67-75
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2019
The laminar burning velocity of endothermic fuel surrogates is measured in this study, in order to investigate combustion characteristics of aviation fuel after being used as coolant in an active cooling system of a hypersonic flight vehicle. A Bunsen burner was manufactured such that the laminar burning velocity can be taken for two types of surrogate fuels, SF-1 and 2. The results showed that the burning velocity of surrogate fuels was faster at high equivalence ratio conditions than that of the reference fuel (RF), and specifically, the velocity of SF-1 had the maximum value at the highest equivalence ratio compared with those of SF-2 and RF.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.33
no.3
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pp.218-225
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1997
The formerly proposed spectral model of turbulent burning velocity is refined for nonstoichiometric hydrocarbon mixtures. Refinements are made in regard to the following two points : (1) an effect of the diffusivity of deficient reactant on the turbulent burning velocity and (2) consideration of increasing laminar name thickness with a decrease in the laminar burning velocity A comparison between the predicted turbulent velocities and the measured ones is made. The predictions by the refined spectral model agree quantatively well with the experimental results in the regime of practical equivalence ratio, but not in the high and low equivalence ratio regime.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.2
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pp.195-201
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1997
Static and non-static flame methods were used to measure the laminar burning velocity of methane, ethane and natural gas. The flame slot angle and velocity of unburned gas mixture were determined by Schlieren method and LDV, respectively, for static flame. The diameter of nozzle was selected as 11 mm. The experimental results containing the stretch effect showed that the maximum burning velocities were 41.5 for natural gas, 40.8 for methane and 43.4 cm/sec for ethane on equivalence ratio of 1.1. Constant volume combustion chamber was also used for non-static flame. The propagation process of flame front was visualized by high speed camera during constant pressure. The maximum burning velocity of natural gas was determined as 42.1 cm/sec on equivalence ratio of 1.15.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.5
s.236
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pp.617-624
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2005
An analysis of the effects of $CO_{2}$ on fundamental combustion characteristics was performed in Oxygen enriched condition by comparing the laminar burning velocities, flame structures, fuel oxidation paths. Fictitious $CO_{2}$ was introduced to discriminate the chemical reaction effects of $CO_{2}$ from the thermal effects. PREMIX code was utilized to evaluate the laminar burning velocities. OPPDIF code was utilized to investigate the flame structure and fuel oxidation path variation. The contributions of thermal effects on laminar burning velocities are dominant at lowly oxygen-enriched condition but those of chemical reaction effects become dominant at highly oxygen-enriched condition. Chemical reaction effects caused the additional flame temperature decrease besides thermal effects and oxygen-leakage increase in non-premixed flame. Specific fuel oxidation path and CO production path is enhanced in spite of overall decrement of fuel consumption rate by chemical reaction effects of$CO_{2}$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.10
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pp.1303-1310
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2001
In order to be applicable to the combustion modelling of stratified charged combustion like that of - lean burn and GDI engine, the correlations of laminar burring velocities fur several hydrocarbon fuels and methanol are needed over a wide range of equivalence ratio, pressure and temperature. In this study, these correlations are modeled in the 1311owing form based on the experimental and Muller\`s modeling results for several fuels, where $\alpha$, ξ, and ξ are functions of pressure and temperature, $S_{L}$ =$\alpha$ exp[-ξ($\Phi$-$\Phi$$_{m}$)$^{2}$ -exp {-ζ($\Phi$-$\Phi$$_{m}$)}-ζ($\Phi$-$\Phi$$_{m}$)]. By using the results calculated by PREMIX code with Sloane\`s detailed chemical reaction mechanism for propane, it is verified that the coefficients of the abode modeling can be determined by considering laminar burning velocity data only in a range of equivalence ratio less than $\Phi$$_{m}$. Therefore, Muller\`s modeling results can be adopted leer modeling of the pressure and temperature dependency. Compared with the results of the existing Keck'and Gulder's models, those of the present one showed the good agreement of the recent experimental data, especially in the range of lean and rich sides.s.des.s.
Zone conditional formulations for the Reynolds average reaction progress variable are used to derive an asymptotic expression for turbulent burning velocity. New DNS runs are performed for validation in a statistically one dimensional steady state configuration. Parametric study is performed with respect to turbulent intensity, integral length scale, density ratio and laminar flame speed. Results show good agreement between DNS results and the asymptotic expression in terms of measured maximum flame surface density and estimated turbulent diffusivity in unburned gas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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