Our company produces boilers for industrial usages or power plants. The aim of this study is to investigate the flame structure, heat transfer to evaporator tube wall and NOx emission in the furnaces. Also we are to derive correct FEGT(Furnace Exit Gas Temperature) characteristic curve. When we design furnace and superheater, economizer etc. FEGT characteristic curve is very important factor for optimum design. We calculated turbulent reacting flow, heat transfer and NOx emission in furnace by using numerical modeling with the help of commercial code. Three dimensional steady state calculation is done. k-e turbulence model and equilibrium chemistry combustion model with $\beta-probability$ density function is used. To calculate radiation heat transfer discrete ordinates model is used. And we measured FEGT at several operating plants. Measurement is done by R-type thermocouple. Radiation shield is attached to the thermocouple to prevent radiation effect. Measured and calculated results show good agreement. And we could understand the flame structure and NOx formation positions in each furnaces.
The present study is focused on the development of the RIF (Representative Interactive Flamelet) model which can overcome the shortcomings of conventional approach based on the steady flamelet library. Due to the ability for interactively describing the transient behaviors of local flame structures with CFD solver, the RIF model can effectively account for the detailed mechanisms of $NO_x$ formation including thermal NO path, prompt and nitrous $NO_x$ formation, and reburning process by hydrocarbon radical without any ad-hoc procedure. The flamelet time of RIFs within a stationary turbulent flame may be thought to be Lagrangian flight time. In context with the RIF approach, this study adopts the Eulerian Particle Flamelet Model (EPFM) with mutiple flamelets which can realistically account for the spatial inhomogeneity of scalar dissipation rate. In order to systematically evaluate the capability of Eulerian particle flamelet model to predict the precise flame structure and NO formation in the multi-dimensional elliptic flames, two methanol bluffbody flames with two different injection velocities are chosen as the validation cases. Numerical results suggest that the present EPFM model has the predicative capability to realistically capture the essential features of flame structure and $NO_x$ formation in the bluff-body stabilized flames.
The two-fluid model is widely used for practical applications involving multi-phase flows in chemical reactor, nuclear reactor, desalination systems, boilers, and internal combustion engine. There are several modeling terms in the two-fluid model, which must be determined properly. This study suggests the best models for turbulent vertical bubbly flow.
A simplified method that models the deflagration process occurring in closed or vented vessels is described. When combustion occurs within the spherical or cylindrical vessels, the flame moves spherically or segmentally to the vessel periphery. The volume and area of each element along the propagating flame front are calculated by using simple geometrical rules. For instabilities and turbulence resulting in enhanced burning rates, a simple analysis results in reasonable agreement with the experimental pressure transients when two burning rates (a laminar burning rate prior to the onset of instability and an enhanced burning rate) were used. Pressure reduction caused by a vent opening at predetermined pressure was modeled. Parameters examined in the modeling include ignition location, mixture concentration, vented area, and vent opening pressure. It was found that venting was effective in reducing the peak pressure experienced in vessels. The model can be expected to estimate reasonable peak pressures and flame front distances by modeling the enhanced burning rates, that is, turbulent enhancement factor.
Kim, Hak-Young;Baek, Seung-Wook;Son, Hee;Kim, Se-Won
Journal of the Korean Society of Combustion
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v.14
no.2
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pp.18-25
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2009
Fuel lean reburning method is very attractive way in comparison with conventional reburning method for reducing NOX. Meanwhile, the knowledge of the how flue gas re-circulated, temperature distribution and species concentration is crucial for the design and operation of an effective fuel lean reburning system. For this reason, numerical analysis of fuel lean reburning system is a very important and challenge task. In this work, the effect of fuel lean reburn system on NOX reduction has been experimentally and numerically conducted. Experimental study has been conducted with a 15kW lab scale furnace. Liquefied Petroleum Gas is used as main fuel and reburn fuel. To carry out numerical study, the finite-volume based commercial computational fluid dynamics (CFD) code FLUENT6.3 was used to simulate the reacting flow in a given laboratory furnace. Steady state, three dimensional analysis performed for turbulent reactive flow and radiative heat transfer in the furnace.
This paper computes the bluff-body stabilized jet and flame. This study numerically investigates the nonpremixed $C_{2}H_{4}-air$ jet for the nonreacting case and the nonpremixed $CH_{3}OH-air$ turbulent flames for the reacting case using the laminar flamelet model on modified KIVA2 code. And this study predicts $NO_{x}$ formation characteristics using Eulerian Particle Flamelet Model. In the present study, the turbulent combustion model is applied to analyze both nonreacting and reacting case. And both standard $k-{\varepsilon}$ model and modified $k-{\varepsilon}$ model are used in nonreacting case. Calculations are compared with experimental data in terms of velocity, mixture fraction, mixture fraction Root Mean Square and Temperature. The present model correctly predicts the essential features of flame structures and $NO_{x}$ formation characteristics in the bluff-body stabilized flames.
Jang D. S.;Park B. S.;Kim B. S.;Lee E. J.;Song W. Y.
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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1996.05a
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pp.58-67
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1996
This paper describes some computational results of various energy and environmental systems using Patankar's SIMPLE method. The specific topics handled in this study are jet bubbling reactor for flue gas desulfurization, cyclone-type afterburner for incineration, 200m tall stack for 500 MW electric power generation, double skin and heat storage systems of building energy saving for the utilization of solar heating, finally turbulent combustion systems with liquid droplet or pulverized coal particle. A control-volume based finite-difference method with the power-law scheme is employed for discretization. The pressure-velocity coupling is resolved by the use of the revised version of SIMPLE, that is, SIMPLEC. Reynolds stresses are closed using the standard $k-{\varepsilon}$ and RNG $k-{\varepsilon}$ models. Two-phase turbulent combustion of liquid drop or pulverized coal particle is modeled using locally-homogeneous, gas-phase, eddy breakup model. However simple approximate models are incorporated for the modeling of the second phase slip and retardation of ignition without consideration of any detailed particle behavior. Some important results are presented and discussed in a brief note. Especially, in order to make uniform exit flow for the jet bubbling reactor, a well-designed structure of distributor is needed. Further, the aspect ratio in the double skin system appears to be one of important factors to give rise to the visible change of the induced air flow rate. The computational tool employed in this study, in general, appears as a viable method for the design of various engineering system of interest.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.15
no.4
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pp.57-64
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2011
It has been suggested that turbulent effect should be considered for the study of highly unstable detonation of hydrocarbon fuels, as in the case of pulse detonation engine (PDE). A series of numerical study are carried out to understand the characteristics of the highly unstable detonation by considering viscosity, turbulence model and turbulence-combustion interaction model. Through studies of the different levels of modeling, it is understood that the viscosity and turbulence have negligible effects on low frequency characteristics, but tend to enhance the high frequency characteristics. It is also considered that the turbulence-chemistry interaction model should be taken the influence of the activation energy into account for detonation studies.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2010.11a
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pp.85-88
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2010
This study has been mainly motivated to numerically model the supercritical mixing and combustion processes encountered in the liquid propellant rocket engines. In the present approach, turbulence is represented by the extended $k-{\varepsilon}$ turbulence model. To account for the real fluid effects, the propellant mixture properties are calculated by using SRK (Souve-Redlich-Kwong) equation of state. In order to realistically represent the turbulence-chemistry interaction in the turbulent nonpremixed flames, the flamelet approach based on the real fluid flamelet library has been adopted. Based on numerical results, the detailed discussions are made for the real fluid effects and the precise structure of gaseous methane/liquid oxygen coaxial jet flame.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.5
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pp.1288-1300
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1994
Mathematical modeling and numerical calculation on the flow and thermal characteristics induced by fire in a partial enclosure are performed. The solution procedures include the Shvab-Zeldovich approximation for the physical transport equations, low Reynolds number k-.epsilon. model for the turbulent fluid flow and Discrete Ordinate method(DOM) to calculate the radiative heat transfer. PMMA(Polymethylmethacrylate) is adopted as a solid fuel. Two different cases are considered : combustions with and without gas radiation occuring in a open cavity for variable pyrolyzing location of PMMA. When the fire source is located at the left-wall, the flow region of flame gas is limited at the left-wall and ceiling and recirculation region of inlet gas is formulated at neat the floor. In case of neglecting the radiative heat transfer, more large flame size and higher temperature is predicted. It is essential to consider the radiative heat transfer for analysis of fire phenomenon.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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