The NOx emission characteristics of DME in counterflow nonpremixed flames were investigated numerically, and brief experiments were carried out to compare the flame shapes and NOx emissions with those of $C_3H_8$ and $C_2H_6$. The DME flames were calculated using Kaiser's mechanism, while the $C_2H_6$ flames were calculated using the $C_3$ mechanism. These mechanisms were combined with the modified Miller-Bowman mechanism for the analysis of NOx. Experimental results show that DME flame has the characteristics of partial premixed flame and the flame length becomes very shorter compared with general hydrocarbon fuels and then, the NOx emission of DME is low as much as 60% of $C_3H_8$. In the calculated results of counterflow nonpremixed flames, the EINO of DME nonpremixed flame is low as much as 50% of the $C_2H_6$ nonpremixed flame. The cause of $EI_{NO}$ reduction is attributed mainly to the characteristics of partial premixed flame due to the existence of O atom in DME and partly to the O-C bond in DME, instead of C-C bond in hydrocarbon fuels.
To evaluate the effect of lobed structure on pollutant emission, an experimental study examines NOx and CO emissions associated with four burner geometries, such as a conventional circular burner and three lobed ones. Rapid mixing allowed by the lobed burner to produce lean premixed flames, with narrower flame stability diagram than for the conventional circular one. Conventional circular burner of wide and uniform burner rim has an advantage of flame stabilization. Correlation on fuel discharge velocity for flame blowout should be included a variable related to the wall effect of the burner. NOx emission reduces by about 5% at the burner with lobed structure in fuel discharge side compared to conventional circular one. This is due to lower flame temperatures through flame elongation and increased radiative heat losses, caused by partially luminous flame in flame front. Meanwhile, at the burner with lobed structure in air discharge side and both fuel and air discharge sides, NOx emission somewhat increases with reduced radiative heat losses in spite of flame elongation. Therefore, the rapid mixing by lobed structure does not always have an advantage on NOx reduction.
Exhaust emissions are calculated as a product of the emission factor and the vehicle kilometer traveled(VKT). The emission factor is a function of several parameters such as vehicle model year, vehicle mileage, traffic conditions, etc. The representative driving cycles classified as ten different types of an average vehicle speed were selected by analyzing passenger car driving patterns in Seoul. 51 vehicles were sampled and analyzed by types of vehicles, fuels used, model years and vehicle mileages also, exhaust emissions of them were measured by chassis dynamometer. Regression equations between average vehicle speeds and exhaust emissions are made for the estimation of emission factors at different vehicle speeds. Annual emission rates of air pollutants from motor vehicles in Korea were 1116$\times10^3 ton, 149\times10^3 ton, 413\times10^3 ton and 67\times10^3$ ton for CO, HC, NOx and particulats, respetively in 1990. It was found that 56% of CO and 49% of HC were originated from passenger cars and taxis, in addition, 87% of NOx and 100% of particulates were from buses and trucks using diesel fuels.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제32권7호
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pp.1030-1035
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2008
Recently, the International Maritime Organization makes an effort for an effective solution against the emissions from shipping in the international maritime industry. The objective of the study was to quantify the exhaust emissions of marine heavy fuel oil in the combustion process of the spray flame. An experiment was performed to measure CO, $CO_2$, NOx, $SO_2$, ${N_2}O$, DS, SOF and the other components with the flame temperature. The sampling probe was directly set up in the flame fields at each position of 103, 324, 545, 766 and 987mm vertically apart from the fuel-injected nozzle in the burner furnace. From the results of the study, it was estimated that approximately 270ppm of oxides of nitrogen (NOx), $1000{\sim}1400ppm$ of sulfur dioxide ($SO_2$), 8ppm of nitrous oxide (${N_2}O$), $2.0{\sim}2.5g/m^3$ of particulate matter (PM) divided with dry soot (DS) and soluble organic fraction (SOF) and $60{\sim}80mg/m^3$ of sulfuric acid. With respect to further development of this work, the emission quantification could also be applied to assessing emission reduction from the international shipping.
Environmental protection on the ocean has been interested and nowadays the International Maritime Organization(IMO) has advanced on the prevention of air pollution from ships. This study presents the emission characteristics of 4 stroke marine diesel engines in E3 cycle (propulsion application) and D2 cycle (generation application). Also the effects of important operating parameters in terms of intake air pressure and temperature, and maximum combustion pressure on the specific emissions are described. Emissions measurement and calculation are processed according to IMO Technical Code. The results show that NOx emission level in E3 cycle is higher than that in D2 cycle due to lower engine speed at low load and the maximum combustion pressure by fuel injection timing control and intake air temperature has strong influence on NOx emission production. And CO, HC emissions are not affected by maximum combustion pressure and intake air pressure and temperature.
EGR(exhaust gas recirculation) is considered as a most effective method to reduce the NOx emissions. But high EGR tolerance is always pursued not only for its advantages of the pumping loss reduction and fuel economy benefit in Gasoline-Hybrid engine. However, the occurrence of excessive cyclic variation with high EGR normally prevents substantial fuel economy improvements from being achieved in practice. Therefore, the optimum EGR rate should be carefully determined in order to achieve low fuel consumption and low exhaust emission. In this study, 2 liters gasoline engine with E-EGR system was used to investigate the effects of EGR on fuel efficiency, combustion stability, engine performance and exhaust emissions. With optimal EGR rates, the fuel consumption was improved by 4%. This improvement was achieved while a reduction in NOx emissions of 75% was accomplished. Increase of EGR gas temperature causes the charge air temperature to affect the knock phenomenon and moreover, the EGR valve lift changes for the same control signal.
Gujarathi, Pritam K.;Shah, Varsha A.;Lokhande, Makarand M.
Advances in Energy Research
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제7권1호
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pp.35-52
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2020
The paper proposes a hybrid approach of artificial bee colony (ABC) and grey wolf optimizer (GWO) algorithm for multi-objective and multidimensional engine optimization of a converted plug-in hybrid electric vehicle. The proposed strategy is used to optimize all emissions along with brake specific fuel consumption (FC) for converted parallel operated diesel plug-in hybrid electric vehicle (PHEV). All emissions particulate matter (PM), nitrogen oxide (NOx), carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) are considered as optimization parameters with weighted factors. 70 hp engine data of NOx, PM, HC, CO and FC obtained from Oak Ridge National Laboratory is used for the study. The algorithm is initialized with feasible solutions followed by the employee bee phase of artificial bee colony algorithm to provide exploitation. Onlooker and scout bee phase is replaced by GWO algorithm to provide exploration. MATLAB program is used for simulation. Hybrid ABC-GWO algorithm developed is tested extensively for various values of speeds and torque. The optimization performance and its environmental impact are discussed in detail. The optimization results obtained are verified by real data engine maps. It is also compared with modified ABC and GWO algorithm for checking the effectiveness of proposed algorithm. Hybrid ABC-GWO offers combine benefits of ABC and GWO by reducing computational load and complexity with less computation time providing a balance of exploitation and exploration and passes repeatability towards use for real-time optimization.
Environmental protection on the ocean has been interested and nowadays the International Maritime Organization(IMO) has advanced on the prevention of air pollution from ships. This study presents the emission characteristics of 4 stroke propulsion diesel engine in E2 cycle (constant speed) and E3 cycle (propeller curved speed). Also the effects of important operating parameters in terms of intake air pressure and temperature, and maximum combustion pressure are described on the specific emissions. Emissions measurement and calculation are processed according to IMO Technical Code. The results show that NOx emission level in E3 cycle is higher than E2 cycle due to lower engine speed and lower maximum combustion pressure by retarding fuel injection timing. Intake air temperature has strong influence on NOx emission production. And CO, HC emissions are not affected by maximum combustion pressure and intake air pressure and temperature.
This study was to evaluate the feasibility of recycling the solids separated from swine wastewater treatment process as a fuel source for heat production and to provide a data set on the gas emissions and combustion properties. Also, in this study, the heavy metals in ash content were analyzed for its possible use as a fertilizer. Proximate analysis of the solid recovered from the swine wastewater after flocculation with organic polymer showed high calorific (5,330.50 kcal/kg) and low moisture (15.38%) content, indicating that the solid separated from swine wastewater can be used as an alternative fuel source. CO and NOx emissions were found to increase with increasing temperature. Combustion efficiency of the solids was found to be stable (95 to 98%) with varied temperatures. Thermogravimetry (TG) and differential thermal analysis (DTA) showed five thermal effects (four exothermic and one endothermic), and these effects were distinguished in three stages, water evaporation, heterogeneous combustion of hydrocarbons and decomposition reaction. Based on the calorific value and combustion stability results, solid separated from swine manure can be used as an alternative source of fuel, however further research is still warranted regarding regulation of CO and NOx emissions. Furthermore, the heavy metal content in ash was below the legal limits required for its usage as fertilizer.
In this study a quasi-dimensional model is developed to predict the combustion process and emissions of a GDI engine under ultra-lean conditions. Combustion of a GDI engine condition is modeled as two simultaneous processes to consider significant fuel stratification. The first process is premixed flame propagation described as burning in a hemispherically propagating flame. The second is diffusion-controlled combustion modeled as mixing of multiple spray zones in the burned gas region. Mixing is an important factor in ultra-lean conditions leaving stratified mixture of developing sprays behind the propagating premixed flame. Sheet breakup and Hiroyasu models are applied to predict the velocity of a hollow cone spray. Validation is performed against measured pressures and NOx and CO emissions at different load and rpm conditions in the test engine.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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