• 한국안전학회지
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• 제28권2호
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• pp.42-48
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• 2013

The $CO_2$ suppression characteristics and flame structure of nitrogen-diluted methane counterflow non-premixed flame were studied experimentally and numerically. To mimic a situation where combustion product gases are entrained into a compartment fire, fuel stream was diluted with $N_2$. A gas-phase suppression agent, $CO_2$, was diluted in the air-stream to investigate the suppression characteristics by the agent. For numerical simulation, an one-dimensional OPPDIF code was used for comparison with experimental results. An optically-thin radiation model(OTM) was adopted to consider radiation effects on the suppression characteristics. It was confirmed experimentally and numerically that suppression limit decreased with increasing nitrogen mole fraction in the fuel stream. A turning point was found only when a radiation heat loss was considered and the extinguishing concentration for turning point was differently predicted compared to the experiment result. Critical extinguishing concentration when neglecting radiation heat loss was also differently predicted compared with the experimental result.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2012년도 제44회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.9-12
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• 2012

In this study, opposed flow combustion was re-visited in a narrow channel. Various flame behaviors were observed. Due to the confined structure of the combustor in this study, flame structures at very narrow strain rate could be stabilized and their characteristics were investigated. This study will be helpful to understand overall flame behavior of non-premixed flame in a narrow combustion space, and will also be useful to develop small combustors.

• 한국연소학회지
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• 제19권2호
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• pp.8-14
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• 2014

Experiments were conducted to clarify role of the outermost edge flame on low-strain-rate flame extinction in buoyancy-suppressed non-premixed methane flames diluted with He and $N_2$. The use of He curtain flow produced a microgravity level of $10^{-2}-10^{-3}g$ in $N_2$- and He-diluted non-premixed counterflow flame experiments. The critical He and $N_2$ mole fractions at extinction with a global strain rate were examined at various burner diameters (10, 20, and 25 mm). The results showed that the extinction curves differed appreciably with burner diameter. Before the turning point along the extinction curve, low-strain-rate flames were extinguished via shrinkage of the outermost edge flame with and without self-excitation. High-strain-rate flames were extinguished via a flame hole while the outermost edge flame was stationary. These characteristics could be identified by the behavior of the outermost edge flame. The results also showed that the outermost edge flame was not influenced by radiative heat loss but by convective heat addition and conductive heat losses to the ambient He curtain flow. The numerical results were discussed in detail. The self-excitation before the extinction of a low-strain-rate flame was well described by a dependency of the Strouhal number on global strain rate and normalized nozzle exit velocity.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2006년도 추계 학술대회논문집
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• pp.18-21
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• 2006

This paper investigates LES of turbulent combustion flow based on 2-scalar flamelet approach, where a G-equation and a conserved scalar equation simulate a propagation of premixed flame and a diffusion combustion process, respectively. The turbulent SGS modeling on these flamelet combustion approach is also researched. These LES models are applied to an industrial flows in a full scale gasturbine combustor with premixed and non-premixed flames. The numerical results predict the characteristics of experiment temperature profiles. Unsteady features of complex flames in combustor are also visualized.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권5호
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• pp.505-513
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• 2010

삼지화염 구조는 화염 선단의 구조로서 다루어져 왔으며, 많은 연구자들에 의해 해석적인 방법과 실험적인 방법으로 연구가 되어왔다. 그러나 연료의 종류에 따른 가연한계의 차이가 삼지화염의 구조에 미치는 영향에 대한 연구는 깊이 있게 다루어지지 않았다. 본 연구에서는 화염 구조에 대한 비대칭 가연한계의 영향을 예혼합화염과 확산화염에 관한 몇 가지 층류화염 이론에 근거한 간단한 수치 기법을 통해 연구하였다. 고정된 유동장이 사용되었으며, 예혼합 화염 가지에서의 경계조건이 연계되었다. 예혼합 화염 후류의 확산화염의 형성과 소멸을 성공적으로 모사할 수 있었다. 비대칭 가연한계 조건과 열손실에 따른 확산화염의 변화가 연구되었다. 본 연구는 화염의 기초 구조에 대한 이해를 도울 수 있으며, 이후의 연구를 위한 기초로 활용될 수 있을 것이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권4호
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• pp.431-438
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• 2011

비예혼합 화염의 부상 조건은 연소기의 운전 조건을 한정하는 매우 중요한 변수이다. 동축류 층류 비예혼합화염의 경우 점성계수와 물질 확산 계수의 비로 정의되는 슈미트 수가 1 보다 큰 조건에서 안정적인 부상화염이 존재하고 그 반대의 경우 부상이 불가능한 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 동축 관내에서의 화염의 부상 특성에 대해 슈미트 수가 1 보다 큰 프로판과 슈미트 수가 1 보다 작은 메탄 비예혼합 화염의 부상 안정화를 실험적으로 비교하였다. 그 결과, 제한된 공간에서는 슈미트 수가 1 보다 작은 조건에서도 안정적인 부상화염이 존재할 수 있음을 확인하였다. 그 원인 규명을 위해 간단한 비반응 유동장에 대한 수치해석을 수행하였다. 결론적으로 개방공간에서와는 달리 관내 조건에서는 유한한 크기의 화염 공간으로 인해 인접한 상류에서 유동 재편이 물질확산에 비해 선택적으로 재편됨으로써 새로운 안정화 기구가 형성될 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 제한된 공간내에 화염이 형성되는 일반적인 연소기의 화염안정화 설명에 중요한 단서를 제공한다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.787-790
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• 2017

본 연구는 이원추진제 추력기(thruster)에 사용되는 메탄-산소 연소특성규명의 선행연구로서 모델연소실 내 전단동축형인젝터를 통해 분사된 기체메탄-기체산소 비예혼합화염의 연소안정한계 및 화염형상을 도출하기 위한 실험적 연구가 수행되었다. DSLR 카메라를 이용하여 화염 직접이미지(direct image)를 촬영하였고, 이미지 후처리(post-processing)를 통해 연소특성파악 및 화염길이 정량화를 수행하였다. 그 결과, 산화제 레이놀즈 수($Re_o$)가 증가함에 따라 이론반응비(stoichiometric ratio)에서 안정된 화염이 발생하였고, 동일 인젝터직경 조건에서 난류화염의 길이가 늘어남을 확인하였다.

• 한국연소학회지
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• 제17권1호
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• pp.22-29
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• 2012

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.

• 에너지공학
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• 제25권1호
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• pp.100-107
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• 2016

본 연구에서는 예혼합 화염과 비예혼합 화염을 동시에 구현하는 하이브리드 연소시스템에 배기가스 재순환 방법(FI-EGR and FPI-EGR)을 적용하여 공해물질 저감 효과를 확인하였다. 그 결과, 배기가스 재순환을 적용한 경우 상당량의 NOx 배출지수가 감소하는 것을 확인 할 수 있었으며, 추가적으로 배기가스 재순환을 적용한 하이브리드 연소시스템의 배출성능이 동일한 배기가스 재순환율을 가지는 비예혼합 화염의 배출성능보다 우수함을 확인하였다. 특히, 비예혼합 화염과 예혼합 화염의 비율이 50: 50인 하이브리드 연소시스템의 연료 측에 25% 까지 배기가스를 재순환 시킬 경우(FI-EGR), 배기가스 재순환을 적용하지 않은 비예혼합 화염에 비해 NOx 배출지수가 59% 저감되는 것을 확인하였으며, 혼합비율이 70:30인 하이브리드 연소시스템의 예혼합기와 연료측에 15%까지 배기가스를 재순환 시킬 경우(FPI-EGR), 배기가스를 재순환하지 않은 하이브리드 화염에 비해 NOx 배출지수가 48% 저감되는 것을 확인하였다.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제18권3호
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• pp.499-512
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• 2004

The effects of swirl intensity on non-reacting and reacting flow characteristics in a flat flame burner (FFB) with four types of swirlers were investigated. Experiments using the PIV method were conducted for several flow conditions with four swirl numbers of 0, 0.26, 0.6 and 1.24 in non-reacting flow. The results show that the strong swirling flow causes a recirculation, which has the toroidal structures, and spreads above the burner exit plane. Reacting flow characteristics such as temperature and the NO concentrations were also investigated in comparison with non-reacting flow characteristics. The mean flame temperature was measured as the function of radial distance, and the results show that the strong swirl intensity causes the mean temperature distributions to be uniform. However the mean temperature distributions at the swirl number of 0 show the typical distribution of long flames. NO concentration measurements show that the central toroidal recirculation zone caused by the strong swirl intensity results in much greater reduction in NO emissions, compared to the non-swirl condition. For classification into the flame structure interiorly, the turbulence Reynolds number and the Damkohler number have been examined at each condition. The interrelation between reacting and non-reacting flows shows that flame structures with swirl intensity belong to a wrinkled laminar-flame regime.