A numerical study is carried out to investigate combustion phenomena in a model SCRamjet engine, which has been experimentally studied at the Australian National University using a T3 free-piston shock tunnel. The Mach number is 3.8, the static pressure 110kPa and the static temperature 1100K in the main air flow. The fuel is hydrogen, which is injected in the cavity. Equivalence ratio is set to either 0.25 or 0.5 to access its effect on the fuel-air mixing combustion phenomena. The results show that the cavity generates several recirculation zones, which increase the fuel-air mixing. Self ignition occurs near the point of fuel injection. The flame is anchored by the cavity and generates the precombustion shock on the step. For a high equivalence ratio, the recirculation zones are bigger and the flame is present throughout the combustor.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.6
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pp.747-757
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1997
A numerical investigation of the fuel concentration field in a fluidized bed has been carried out for the scale-up of a fluidized bed combustor (FBC). A two-dimensional transient model is developed using the two-phase fluidization, a simple chemical reaction, and lateral solid mixing theories. The uniformity of fuel concentration distributions is controlled by the location and the number of fuel feeders, fluidizing velocities and the bed-heights. While larger bubbles owing to greater fluidizing velocities enhance the fuel-dispersion in the bed, they have adverse effects on fuel combustion and thus result in the increase of fuel concentration, since a greater bubble means a larger bypass which reduces gas-exchange rates between bubble and emulsion phases. Average or maximum values of the bed fuel concentration are utilized as criteria for the scale-up from a pilot/lab-scale to a commercial-size bed.
Kim, S.D.;Lee, S.W.;Dong, Y.H.;Kim, S.H.;Lee, Y.C.;Cho, Y.S.
Journal of ILASS-Korea
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v.14
no.3
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pp.103-108
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2009
This research investigated spray characteristics using LPG fuel under compression ignition to contribute to develop a high efficiency LPG fuel is an environmentally-friendly fuel since it emits lower $CO_2$ compare to other conventional fuels. In order to observe spray process, a high speed digital camera and high pressure common-rail injector were applied. Using the spray behaviors of LPG and diesel fuel from the experiment, this research analyzed the mixing process of air-fuel mixture numerically with FLUENT 6.3 when LPG and diesel fuel injected directly into the cylinder while compression stroke occurs. Spray characteristics of LPG fuel was investigated by using numerical method, in which KH-RT model was adapted for phase change. As a result of numerical analysis, this work found out that LPG spray has a wider mixing formation and uniform diffusion of air-fuel mixture compare to diesel.
Recently, Performance and fuel efficiency of gasoline engines have been improved by adopting direct injection (DI) system instead of port fuel injection (PFI) system. However, injecting gasoline fuel directly into the cylinder significantly reduces the time available for mixing and evaporation. Consequently, particulate matters(PM) emissions increase. Moreover, as the emission regulations are getting more stringent, not only the mass but also the total number of PM should be reduced to satisfy the Euro VI regulations. Increasing the fuel injection pressure is one of the methods to meet this challenge. In this study, the effects of increased fuel injection pressures on combustion and emission characteristics were experimentally examined at several part load conditions in a 1.6 liter commercial gasoline direct injection engine. The main combustion durations decreased about $2{\sim}3^{\circ}$ in crank angle base by increasing the fuel injection pressure due to enhanced air-fuel mixing characteristics. The exhaust emissions and number concentration distributions of PM with particle sizes were also compared. Due to enhanced combustion characteristics, THC emissions decreased, whereas NOx emissions increased. Also, the number concentrations of PM, larger than 10 nm, also significantly decreased.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.05a
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pp.281-284
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2008
The flow of combustor in scramjet engine is supersonic speed. So residence time and mixing ratio are very important factors for efficient combustion. This study used open cavity on fuel/air mixing model and laser schlieren was carried out to investigate flow characteristics around a jet orifice and a cavity. A source of illumination has 10 ns endurance time so it can observe unsteady flow characteristics efficiently. Pressure was measured by varying momentum flux ratio. And the change of critical ignition point was observed to change of momentum flux ratio.
In this paper, the study of effects of flow variables on flame structure and NOx emission concentration was performed in co-axial laminar partially premixed methane/air flames. the objectives are to reveal its effect as parameters were varied and to understand the correlation between flame structure and NOx emission characteristics in the reaction zone. equivalence ratio(${\Phi}$), fuel split degree(${\sigma}$), and mixing distance(x/D) were defined as a premixing degree and varied within $1.36{\sim}3.17$(equivalence ratio), $50{\sim}100$(fuel split degree), and $5{\sim}20$(mixing distance). the image of $OH{\ast}$ and $CH{\ast}$, and NOx concentration were obtained with an ICCD camera and a NOx analyzer. additionally the maximum intensity location of $OH{\ast}$ chemiluminescence and $CH{\ast}$ chemiluminescence were measured to compare each flame structures. In conclusion flame structure and NOx emission characteristics were changed from diffused to premixed flame when mixing degree was on the increase. the main effect on flame structure and NOx production was at first equivalence ratio(${\Phi}$), and next fuel split degree(${\sigma}$), and finally mixing distance(x/D).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.9
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pp.835-841
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2010
The design of the fuel injector is one of the important operating factors that determine the extent of mixing of air and fuel in an MEMS gas turbine engine. In this study, we consider a system with three inlet ports with each port having multiple injectors. We perform a parametric study by varying the arrangement of fuel injectors and difference of ratio of fuel supply. The results are presented in terms of the premixed flow distribution and equivalence ratio.
A 20 wt % Pt/C is fabricated and characterized for use as the cathode catalyst in a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC). By using the polyol method, the fabrication process is optimized by modifying the carbon addition sequence and precursor mixing conditions. The crystallographic structure, particle size, dispersion, and activity toward oxygen reduction of the as-prepared catalysts are compared with those of commercial Pt/C catalysts. The most effective catalyst is obtained by ultrasonic treatment of ethylene glycol-carbon mixture and immediate mixing of this mixture with a Pt precursor at the beginning of the synthesis. The catalyst exhibits very uniform particle size distribution without agglomeration. The mass activities of the as-prepared catalyst are 13.4 mA/$mg_{Pt}$ and 51.0 mA/$mg_{Pt}$ at 0.9 V and 0.85 V, respectively, which are about 1.7 times higher than those of commercial catalysts.
SCRamjet is the key technology for hypersonic flight over mach number 6. It is characterized by very short residence time in combustor because its internal flow is supersonic. In this short time, the whole process of combustion must be done. Especially numerical study of combustor is important because air-fuel mixing rate influences the performance of combustor. Various methods of air-fuel mixing enhancement are proposed. Among these, cavity injection method is selected to study in this paper. The numerical study is conducted with the variation of the cavity length at the fixed height of unit and jet injection on the downstream of cavity.
Propagation characteristics of tribrachial flames have been studied numerically in a two-dimensional fuel/oxidizer mixing layer. A flame is initiated by imposing a high temperature ignition source. Subsequent propagation of a tribrachial flame is traced. The flow redirection effect at the leading edge of a tribrachial flame increases the propagation speed beyond the corresponding stoichiometric laminar burning velocity. The effect of mixture fraction gradient on the propagation speed of a tribrachial flame is analyzed in a mixing layer considering that mixture fraction gradient increases as a tribrachial flame propagates toward upstream. As the flame curvature at the leading edge increases with decreasing mixture fraction gradient, the flow redirection effect becomes more pronounced on the flame propagation speed. As a result, the propagation speed of a tribrachial flame increases with decreasing mixture fraction gradient.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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