In this study, a rapid compression and expansion machine(RCEM) equipped with a swirl generator was designed and developed, in order to clarify normal and abnormal combustion(knocking phenomena). This RCEM is intended to simulate combustion process in actual automotive S.I.engines, having a high reproducibility in the compression stroke. Flame propagation and autoignition processes associated with normal and abnormal combustion were captured by the high speed schlieren photography. And swirl intensity. equivalence ratio and ignition position were varied to investigate the effect of turbulence, concentration in the unburnt gas region and flame propagation length. The knock intensity, knock mass fraction and knock mass fraction after autoignition were calculated by use of history of measured cylinder pressure.
Lean-rich combustion system was composed both fuel-lean and fuel-rich flame at once. Each of fuel-lean and fuel-rich combustion types to reduce Thermal $NO_x$ and obtain flame stability. This study was confirmed a stability of flame through variation of flame shape that EGR was applied and compared the emission characteristics of EGR lean-rich combustion system to normal premixed combustion system at real condition to review a utility of the system. As a result, emission index of $NO_x$ and CO generated from EGR lean-rich combustion system at global equivalence ratio is 0.85 just half level($NO_x$ 0.31 g/kg, CO 0.08g/kg) compared to the amount generated from normal premixed combustion system at equivalence ratio is 0.78.
The combustion characteristics of binary component single droplets hanging at the tip of a quartz fiber are studied experimentally at different environmental pressures and temperatures under normal gravity. Normal Heptane and Normal Hexadecane are selected as two fuels with high difference in boiling temperatures. A falling electrical furnace in a high pressure vessel has provided high temperature environment. Nitrogen and air have formed the environment to study evaporation and combustion, respectively. The initial diameter of droplet was ranging from 1.1 to 1.3 mm. The evaporation and combustion processes were recorded by a high speed digital camera. Some characteristics of droplet burning under different environment conditions and different droplet composition have been investigated. Microexplosion of droplet take places under atmospheric pressure. Bubble formation and its consequent result, incomplete droplet disintegration which presents in all binary compositions, do not appear at high pressure. The initiation of combustion, always takes place in the bottom of droplet due to buoyancy effect of relatively cold fuel vapor. Also, the burning of binary droplet produces soot when the pressure is high.
To theoretically predict knock occurrence in S. I. engine as a function of engine design and operating parameters, transient local temperature and pressure, mixture density of flame front in combustion period are calculated. We next determined normal combustion period and auto ignition period of end gas using the prediction method on occurrence of spark knock which we suggested. We predict knock occurrence in S. I. engine by comparing consecutively normal combustion period with the auto ignition period of end gas in combustion period. Engine design and operating parameters such as compression ratio, engine speed, spark timing, inlet temperature and pressure are taken into account in this calculations. The predicted result are well matched with the experimental results in turbocharged engine. Therefore, this method will provide the systematic guideline for designing engines in view of knocking limits.
A numerical study was conducted to investigate the combustion phenomena of normal start and unstart processes based on ISL's RAMAC 30 experiments with different diluent amounts and fill pressures in a ram accelerator. The initial projectile launching speed was 1.8 km/s which corresponded to the superdetonative speed of the stoichiometric $H_2/O_2$ mixture diluted with 5 $CO_2$ or 4 $CO_2$. Experiments with same condition except for projectile surface material demonstrated that ignition was successful with an aluminum projectile, but no combustion was observed in case of a steel projectile. In this study, it was found that neither shock nor viscous heating was sufficient to ignite the mixture at a low speed of 1.8 km/s, as was found in the experiments using a steel projectile. However, we could succeed in igniting the mixtures by imposing a minimal amount of additional heat to the combustor section and simulate the normal start and unstart processes found in the experiments with an aluminum projectile. For the numerical simulation of supersonic combustion, multi-species Navier-Stokes equations coupled with a Baldwin-Lomax turbulence model and detailed chemistry reaction equations of $H_2/O_2/CO_2$ suitable for high-pressure gaseous combustion were considered. The governing equations were discretized by a high order accurate upwind scheme and solved in a fully coupled manner with a fully implicit, time accurate integration method. The numerical results matched almost exactly to the experimental results. As a result, it was found that the normal start and unstart processes depended on the strength of gas mixture, development of shock-induced combustion wave stabilized by the first separation bubble, and its size and location.
Mild combustion is considered as a promising combustion technology for energy saving and low emission of combustion product gases. In this paper, the controllability of reaction region in mild combustion is examined by using co-axial air nozzle. For this purpose, numerical approach is carried out. Propane is considered for fuel and air is considered for oxidizer and the temperature of air is assumed 900K slightly higher than auto ignition temperature of propane. But unlike main air, the atmospheric condition of co-axial air is considered. Various cases are conducted to verify the characteristics of Co-Axial air burner configuration. The use of coaxial air can affect reaction region. These modification help the mixing between fuel and oxidizer. Then, reaction region is reduced compare to normal burner configuration. The enhancement of main air momentum also affects on temperature uniformity and reaction region. The eddy dissipation concept turbulence/chemistry interaction model is used with two step of global chemical reaction model.
Combustion instability is a major issue in design of gas turbine combustors for efficient operation with low emissions. Combustion instability is induced by the interaction of the unsteady heat release of the combustion process and the change in the acoustic pressure in the combustion chamber. In an effort to develop a technique to predict self-excited combustion instability of gas turbine combustors, a new stability analysis method based on the transfer matrix method is developed. The method views the combustion system as a one-dimensional acoustic system with a side branch and describes the heat source as the input to the system. This approach makes it possible to use the advantages of not only the transfer matrix method but also well-established classic control theories. The approach is applied to a simple gas turbine combustion system to demonstrate the validity and effectiveness of the approach.
This paper was studied to understand the characteristics of heat transfer coefficients and surface temperature distributions around a circular combustion chamber within the heat-intercept duct of kerosene fan heater. The experiment was carried out in the heat-intercept duct of kerosene fan heater attached to the blow-down-type subsonic wind tunnel with a test section of 240 mm * 240 mm * 1200 mm. The purpose of this paper was to obtain the basic data related with normal combustion for new design from conventional kerosene fan heater, and to investigate the effect of surface temperature, local and mean heat transfer coefficients versus flow-rate of convection axial fan according to the variations of heat release conditions from kerosene fan heater during normal combustion. Consequently it was found that (i) the revolution of convection axial fan during combustion had a smaller value than that of non-combustion because of the thermal resistance due to the high temperature in the heat-intercept duct, (ii) the pressure ratio P$_{2}$/P$_{1}$ had a comparatively constant value of 0.844 according to the revolution increase of turbo fan and the heating performance of kerosene fan heater had a range of 1,494 ~ 3,852 kcal/hr, (iii) the local heat transfer coefficient around a circular combustion chamber had a comparatively larger scale in the range of 315 deg. < .theta. < 45 deg. than that in the range of 90 deg. < .theta. < 270 deg. as a result of heat transfer difference between front and back of a circular combustion chamber, and (iv) the mean heat transfer coefficient around a circular combustion chamber increased linearly like a H$_{m}$=95.196Q+104.019 in condition of high heat release according to the increase of flow-rate of axial fan.n.
고압의 불활성 기체를 이용하여 엔진에 추진제를 공급하는 액체로켓의 경우, 추진제 탱크의 압력은 정상연소상태의 연소압을 기준으로 하여 설계한다. 그러나 연소초기의 연소실 압력은 대기압 상태이므로 과도한 유량이 공급되어 이로 인해 hard-start가 발생하며, 최악의 경우 엔진의 파손을 가져온다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하고 안정된 연소를 위하여 개선된 추진제 공급시스템을 제안하며, 이는 실제 연소실험을 통해 그 성능을 규명하였다. 이 공급시스템은 연소초기의 급격한 연소실압의 상승을 막기 위하여 추진제를 예연소단계와 주연소단계의 2단계로 공급하며, 연소초기 및 연소 중의 일정한 유량공급을 위해 Cavitating Venturi를 사용하는 시스템이다. 설계 유량보다 적은 양의 추진제를 먼저 공급하여 연소압이 일정수준에 달하도록 예연소압을 형성하게 하는 방법이다. 또한, Cavitating Venturi는 오직 공급압에 의해서만 유량이 결정되며, 출구 압에 영향을 받지 않으므로 연소초기는 물론이고, 연소 중 이상연소에 의해 연소압이 떨어져도 설계치 이상의 유량이 공급되지 않는다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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