Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.6
no.1
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pp.21-29
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2002
Hybrid propulsion systems provide many advantages in terms of stable operation and safety. However, classical hybrid rocket motors have lower fuel regression rate and combustion efficiency compared to solid propellant rocket motor. The recent research efforts are focused on the improvement of volume limitation and regression rate in the hybrid rocket engine. The present study has numerically investigated the combustion processes in the hybrid rocket engine. The turbulent combustion is represented by the eddy breakup model and Hiroyasu and Nagle and Strickland-Constable model are used for soot formation and soot oxidation. Radiative heat transfer is modeled by finite volume method. To reduce the uncertainties for convective heat transfer near solid fuel surface having strong blowing effect, the Low Reynolds number $\kappa-\varepsilon$ turbulent model is employed. Based on numerical results, the detailed discussion has been made for the turbulent combustion processes in the vortex hybrid rocket engine.
The deposition behavior of soot particles in a diffusion flame along a solid wall was examined experimentally by getting rid of the effect of natural convection utilizing microgravity environment. The microgravity environment was realized by using a drop tower facility. The fuel for the flame was an ethylene ($C_2H_4$) and the surrounding oxygen concentration 35% with the surrounding air velocity of $V_a$=2.5, 5, and 10 cm/s. Laser extinction method was adopted to measure the soot volume fraction distribution between the flame and burner wall. The results show that observation of soot deposition in normal flame was difficult from buoyancy and the relative position of flame and solid surface changes with time. The soot particle distribution region moves closer to the surface of the wall as the surrounding air velocity is increased. And the experiments determined the trace of the maximum soot concentration line. It was found that the distance between soot line and flame line is around 5 mm. That is, the soot particle near the flame zone tends to move away from flame zone because of thermophoretic force and to concentrate at a certain narrow area inside of the flame, finally, to adhere the solid wall.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.22
no.4
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pp.481-489
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1998
The effects of recirculated exhaust gas on the characteristics of fuel economy combustion and exhaust emissions have been experimentally investigated by a four-cylinder four cycle indirect injection water-cooled and marine diesel engine operating at several loads and speeds. in order to reduce the soot contents in the recirculated exhaust gas to intake system of the engine a novel diesel soot removal system with a cylinder-type scrubber which has 6 water injectors(A water injector has 144 nozzles in 1.0 mm diameter) is specially designed and manufactured for the experiment system The experiments in this study are performed at the fixed fuel injection timing of $15.3^{\circ}$ BTDC regardless of experimental conditions, The brake specific fuel consumption rate is slightly fluctuated with EGR in the range of experimental conditions, The maximum value of premixed combustion for the rate of heat release is decreased with EGR at engine load 25% and the ignition is slightly delayed with EGR at engine load 100% NOx emissions are markedly decreased with EGR especially at high loads while soot emissions are increased as the EGR rate rises.
The effect of LII interference on the measurement of LIF signals from PAH in a diffusion flame has been investigated. Argon-ion laser at 488 nm was vertically or horizontally polarized, and irradiated to the centerline of the flame at varying flame height. Signals from PAH-rich regions measured at 515 nm were mostly LIF signals, however, signals from soot-rich regions were determined to be mixed with Mie scattering signals and/or LII signals. Signals measured 1 mm above the excitation height were mostly LII signals from soot particles. The results show that a quantitative determination of the LIF's contribution to the measured signals would be difficult as long as the experimental setup described here is used for the regions where PAHs and soot particles exist together.
Laser induced incandescence, LII, recently developed technique for measuring soot concentration in flames, can overcome most of limitations of conventional laser extinction measurement. In this study, experiments were performed to investigate the effect of laser intensity, detection wavelength, and also laser beam quality on both LII signal at a particular position and peak-to-centerline LII signal ratio. The results of LII signal with increasing laser intensity shows its near-independence of laser intensity once threshold level of laser intensity has been reached. However, this near-independence depends on laser beam quality and the incident optical setup. The peak-to-centerline LII signal ratio slowly but continuously increases with laser power. This fact is due to the dependence of LII signal on particle mean diameter. LII signal is attenuated during it passes through the flame containing soot particles. The attenuation rate is inversely proportional to detection wavelength. In this study, LII signal at 680 nm band is 10% greater than the signal at 400 nm band.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.19
no.2
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pp.20-25
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2011
The purpose of this work is an experimental investigation of combustion and emission characteristics in DI diesel engine applied high EGR rate as a method of low-temperature combustion. In order to analyze the effect of EGR rate variation, a single-cylinder DI diesel engine was operated under various EGR rate conditions. In addition, injection timing was variously controlled to investigate the effect of injection timing in DI diesel engine using the cooled-EGR system. The NOx emissions were decreased in accordance with the increase of EGR rate. On the contrary, soot emissions were generally increased under applied EGR conditions. However, soot emissions were decreased in a few injection timings under high EGR rate conditions. The EGR results show that the ignition delay were increased by decreased oxygen concentrations in combustion chamber under the high EGR rate.
The effect of high ambient temperature and pressure conditions on the combustion performance of n-butanol, n-heptane and its mixing fuel (BH 20) were studied in this work. To reveal this, the closed homogeneous reactor model applied and 1000-1200 K of the initial temperature, 20-30 atm of initial pressure and 1.0 of equivalence ratio were set to numerical analysis. It was found that the results of combustion temperature was increased and the ignition delay was decreased when the ambient conditions were elevated since the combustion reactivity increased at the high ambient conditions. On the contrary, under the low combustion temperature condition, the combustion pressure was more influenced by the ambient temperature in the same ambient conditions. In addition, the total mass and the mass density of tested fuels were influenced by the ambient pressure and temperature. Also, soot generation of mixing fuel was decreased than n-heptane fuel due to the oxygen content of n-butanol fuel.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.20
no.2
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pp.110-115
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2012
This study describes the characteristics of combustion and exhaust emission in the special engine applying a fuel reactivity controlled compression ignition (RCCI) concept with two different energizing type (solenoid and piezoelectric) injectors for diesel injection. A diesel-gasoline mixed dual-fuel reactivity controlled compression ignition concept is demonstrated as a promising method to achieve high thermal efficiency and low emission in internal combustion engines for transportation vehicles. For investigating the combustion characteristics of RCCI, engine experiments were performed in a light-duty diesel engine over a range of injection timing and mixing rate of gasoline in mass. It was investigated that by increasing the nozzle hole diameter, increasing the combustion pressure and the net indicated mean effective pressure. $NO_x$ and soot can be reduced by advancing start of injection in 84 mixing rate of gasoline in mass. The resulting operation showed that light duty engine could achieve 48 percent net indicated efficiency and 191[g/kW-hr] net indicated specific fuel consumption with lower levels of nitrogen oxides and soot.
Experimental studies using an open cone calorimeter were conducted to provide information on the CO and soot yields of wood combustibles required for a kitchen fire simulation of PBD. A total of eight specimens were examined for medium density fiberboard (MDF) and particle board (PB), which are used widely in kitchen furniture production, depending on the water content, surface processing method, and surface color. The thermal penetration time related to the fire spread rate in the depth direction differed significantly according to the surface processing treatment method, even for a specimen of identical thickness. The CO yield ($y_{CO}$) of the MDF and PB series did not change significantly according to the combustion mode and surface treatment process in flaming mode. On the other hand, $y_{CO}$ was approximately 10 times higher in smoldering mode than in flaming mode. The soot yield ($y_{soot}$), however, varied considerably depending on the combustion mode and surface treatment process. In particular, a higher $y_{soot}$ was found in flaming mode and in the surface-treated specimens. Finally, the $y_{CO}$ and $y_{soot}$ of MDF and PB measured for the kitchen fire simulation of PBD were applied.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.5
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pp.1222-1233
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1990
The formation and oxidation processes of soot particles in a diesel flame were investigated with a rapid compression machine. A cloud of soot particles was successfully visualized by means of the instantaneous laser shadow photographs technique and the equivalence ratio of the soot formation zone was estimated from a measured fuel concentration distribution in a nonevaporating spray. The temporal and spatial variation of soot concentration in the flame was also correlated with the rate of heat release. Soot particles appears first in a region near the flame tip when diffusion combustion period starts, and its concentration is a maximum at about the end of injection, then decreases due to oxidation. The reason for soot being formed in a fuel lean region near the flame tip is the evaporated fuel requires time to be pyrolized as it travels through the burning fuel rich zone towards the flame tip.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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