The detachment stability characteristics of syngas $H_2$/CO jet attached flames were studied. The flame stability was observed while varying the syngas fuel composition, coaxial nozzle diameter and fuel nozzle rim thickness. The detachment stability limit of the syngas single jet flame was found to decrease with increasing mole fraction of carbon monoxide in the fuel. In hydrogen jet flames with coaxial air, the flame detachment stability was found to be independent of the coaxial nozzle diameter. However, velocities of appearance of liftoff and blowout velocities of lifted flames have dependence. At lower fuel velocity range, the critical coaxial air velocity leading to flame detachment increases with increasing fuel jet velocity, whereas at higher fuel velocity range, it decreases. This increasing-decreasing non-monotonic trend appears for all $H_2$/CO syngas compositions (50/50~100/0% $H_2$/CO). To qualitatively understand the flame behavior near the nozzle rim, $OH^*$ chemiluminescence imaging was performed near the detachment limit conditions. For all fuel compositions, local extinction on the rim is observed at lower fuel velocities(increasing stability region), while local flame extinction downstream of the rim is observed at higher fuel velocities(decreasing stability region). Maximum values of the non-monotonic trends appear to be identical when the fuel jet velocity is normalized by the critical fuel velocity obtained in the single jet cases.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.5
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pp.687-694
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1999
An experimental study was carried out in two laboratory-scale reactors to investigate the effect of heating rate on the behavior of flame front in a pulverized coal flame. Each. reactors had different heating mechanisms. For reactor A losing large heat through transparent quartz wall. pulverized coal particles were ignited by secondary air of 1050K. Flame front could be visualized through the transparent wall. Reactor B was insulated with castable refractory to minimize the heat loss through the reactor wall and accompanied with secondary air of 573K. Flame front was estimated from the gas temperature and species concentration measured using R-type thermocouple(Pt-Pt/Rh 13%) and gas chromatograph at various coal-air ratios and swirl intensities. The flame front position was closely related with the magnitude of heating rate. The heating rate for lifted flame was of the order of $10^4$ to $10^5K/s$ and for coal Ignition at least over $10^4K/s$. The heating mechanism had little impact on the extinction limits. The weak swirl number of 0.68 forced the flame front to move toward the upstream by the rapid mixing of coal and air. The primary/secondary momentum ratio was an inappropriate variable to distinct the liftoff of flame.
Characteristics of methane jet diffusion flames using pure oxygen with recirculating $CO_{2}$ as an oxidizer were investigated experimentally. A coflow burner was considered, and the diameter of confinement was larger than that of the coflow. No stabilized flame could be observed over 75% of $CO_{2}$ volume percent. A comparison between air and $O_{2}/CO_{2}$ mixture was made in terms of liftoff velocity, flame liftoff height, and blowout conditions. As results, more stable flame could be observed with $O_{2}/CO_{2}$ mixture for the case of having similar flame temperature.
A pressure-based, unstructured finite volume method has been applied to couple the chemical kinetics and fluid dynamics and to capture effectively and accurately the steep gradient flame field. The pressure-velocity coupling is handled by two methodologies including the pressure-correction algorithm and the projection scheme. A stiff, operator-split projection scheme for the detailed nonequilibrium chemistry has been employed to treat the stiff reaction source terms. The conservative form of the governing equations are integrated over a cell-centered control volume with collocated storage for all transport variables. Computations using detailed chemistry and variable transport properties were performed for two laminar reacting flows: a counterflow hydrogen-air diffusion flame and a lifted methane-air triple flame. Numerical results favorably agree with measurements in terms of the detailed flame structure.
The zone-conditioned CMC equations are derived by taking an unconditional average of the generic conservation equations multiplied by delta and Heaviside functions in terms of mixture fraction and reaction progress variable. The resulting equations are essentially in the same form as the single zone CMC equations except for separate flow fields for burned and unburned gas. The zone-conditioned two-fluid equations are applied to a stagnating turbulent premixed flame brush of Cheng and Shepherd[5l. It is shown that the flame stretch factor is of crucial importance to accurately reproduce the measured mean reaction progress variable and conditional velocities. Further work is in progress for the relationship between surface and volume averages and extension to partially premixed combustion on the basis of a triple flame structure, e. g. in a lifted turbulent diffusion flame.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.3
s.234
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pp.349-355
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2005
It has been reported that propane non-premixed interacting flames are not extinguished even in 210m/s if eight small nozzles are arranged along the imaginary circle of 40 ~ 72 times the diameter of single nozzle. In this research, experiments were extended to the methane flame. Nine nozzles were used- eight was evenly located along the perimeter of the imaginary circle and one at the geometric center. The space between nozzles, s, the exit velocity and the role of the jet from the center nozzle were considered. On the contrary to the propane non-premixed flame, small amount of fuel fed through the center nozzle makes the methane diffusion flame stable even at the choking conditions. In the laminar region, the flame at the center nozzle anchored the outer lifted flames.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.1
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pp.125-132
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2002
An experimental study on the characteristics of stability of propane turbulent nonpremixed jet flames discharged normal to air free-streams with uniform velocity profile is conducted. Experimental observations are focused on the flame shape, the stability considering two kinds of flame, lift-off distance, and the flame length according to velocity ratio. In order to investigate the mixing structure of the flame base at the lower limit, we employ the RMS technique and measure the species concentration by a gas chromatography. In the results of the stability curve and lifted flame, it is fecund that the dependency of nozzle diameter is closely related to the large-scale vortical structure representing counter-rotating vortices pair. Also, the detailed discussion on the phenomenon of blowout due to this large vortical motion, is provided.
It has been reported that if eight small nozzles are arranged along the circle of 40 $^{\sim}$ 72 times the diameter of single nozzle, the propane non-premixed flames are not extinguished even in 200m/s, In this research, experiments were extended to the methane flame. Nine nozzles were used- eight was evenly located along the perimeter of the imaginary circle and one at the geometric center. The space between nozzles, s, the exit velocity and the role of the jet from the center nozzle were considered. On the contrary to the propane non-premixed case, the maximum blowout velocity for the methane diffusion flame was achieved when small amount of fuel is supplied through the center nozzle and s/d equals around 21. In the laminar region, the flame attached at the center nozzle anchored the outer lifted flames.
A numerical study on lifted flame structure in impinging jet geometry with syngas composition ratio was investigated. The numerical calculations including chemical kinetic analysis were conducted using SPIN application of the CHEMKIN Package with Davis-Mechanism. The flame temperature and velocity profiles were calculated at the steady state for one-dimensional stagnation flow geometry. Syngas mixture compositions were adjusted such as $H_2:CO=10:90(10P)$, 20 : 80 (20P), 30 : 70 (30P), 40 : 60 (40P), 50 : 50 (50P). As composition ratios are changed from 10P to 50P, the axial velocity and flame temperature increase because the contents of hydrogen that have faster burning velocity increase. This phenomenon is due to increase in good reactive radicals such as H, OH radical. As a result of active reactivity, the burning velocity is more faster and this is confirmed by numerical methods. Consequently, combustion reaction zone was moved to burner nozzle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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