The knowledge of flame structure is essential for control of combustion instability phenomena. Some results of an experimental study on mechanism of naturally occurring combustion oscillations with a single dominant frequency are presented. Tests were conducted in a laboratory-scale dump combustor at atmospheric pressure. Sound level meter was used to track the pressure wave inside the combustor. The observed instability was a longitudinal mode with a frequency of $\sim341.8Hz$. Instability map was obtained at the condition of inlet temperature of $360^{\circ}C$, mean velocities of $8.5\sim10.8m/s$ and well premixed mixture. It showed that combustion instability was susceptible to occur in the lean conditions. In this study, unstable flame was observed from stoichiometric to 0.7 in overall equivalence ratio. At selected unstable conditions, phase-resolved OH chemiluminescence images were captured to investigate flame structure with various mean velocities. As mean velocity is increased, the flame grows and global heat release was changed. Due to these effects, combustion instability can be maintained at more lean air-fuel ratio. Also, these results give an insight to the controlling mechanism for an increasing heat release at maximum pressure.
Sapkal, Narayan P.;Lee, Won June;Park, Jeong;Lee, Byeong Jun;Kwon, Oh Boong
한국연소학회:학술대회논문집
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한국연소학회 2015년도 제51회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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pp.83-86
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2015
The Laminar lifted methane jet flames diluted with helium and nitrogen in co-flow air have been investigated experimentally. The chemiluminescence intensities of $OH^{\ast}$ and $CH_2O^{\ast}$ radicals and the radius of curvature for tri-brachial flame were measured using an intensified charge coupled device (ICCD) camera, monochromator and digital video camera. The product of $OH^{\ast}$ and $CH_2O^{\ast}$ is used as a excellent proxy of heat release rate. These methane jet flames could be lifted in buoyancy and jet dominated regimes despite the Schmidt number less than unity. Lifted flames were stabilized due to buoyancy induced convection in buoyancy-dominated regime. It was confirmed that increased $OH^{\ast}$ and $CH_2O^{\ast}$ concentration caused an increase of edge flame speed via enhanced chemical reaction in buoyancy dominated regime. In jet momentum dominated regime lifted flames were observed even for nozzle exit velocities much higher than stoichiometric laminar flame speed. An increase in radius of curvature in addition to the increased $OH^{\ast}$ and $CH_2O^{\ast}$ concentration stabilizes such lifted flames.
Lean combustion was applied to improve the thermal efficiency and emission in a single-cylinder, spark-ignition engine fueled with syngas. Under naturally aspirated conditions, the lean combustion significantly improved the thermal efficiency compared to the stoichiometric combustion, mainly due to the reduction in heat transfer loss. Intake air boost was applied to compensate the low power output of the lean combustion. The gross indicated power of 24.8 kW was achieved by increasing the intake pressure up to 1.6 bar at excess air ratio of 2.2. The nitrogen oxides showed near zero level, but the carbon monoxide emission was significant.
Lean premix combustion is a best method in low $NO_x$ gas turbine combustor and we must know the characteristics of NO emission in high temperature and pressure condition in premix flame. Numerical analysis was performed to investigate the NO emission characteristics by adopting a counterflow as a model problem using detailed chemical kinetics. Methane $(CH_4)$ was used as a test fuel which is the main fuel of natural gas. The tested parameters were stretch rate, equivalence ratio, initial temperature, and pressure in premix flame. Results showed that NO emission was high in low stretch rate, near stoichiometric equivalence ratio, high initial temperature, and high pressure. Also, the pressure effect was sensitive in high temperature condition.
To provide standard data of temperature and species concentration in a flame for calibrating the laser based combustion diagnostics, we investigated combustion characteristics of a flat flame burner(Mckennar Product). For various stoichiometric ratios we measured temperature and concentration of OH in the premixed methane/air flame with Coherent anti-Stokes Raman spectroscopy and laser induced fluorescence technique, respectively. Assuming the chemical equilibrium condition at the measured temperature, the mole fraction of the OH radical in the flame was obtained and compared with numerical analysis.
폭발한계는 가연성물질의 폭발위험성을 결정하는데 중요한 특성치 가운데 하나이다. 본 연구에서는 연소열과 화학양론계수를 이용하여 유기할로겐화탄화수소의 폭발하한계와 상한계를 예측하였다. 제시된 예측식에 의한 폭발한계 값은 문헌값과 적은 오차범위에서 일치하였다. 제시된 방법론을 사용하여 다른 가연성 유기할로겐화탄화수소류의 폭발한계 예측이 가능할 것으로 판단된다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제30권4호
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pp.455-462
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2006
Natural gas is a promising alternative fuel to meet strict engine emission regulations in many countries. Natural gas engines can operate at lean burn and stoichiometric burn conditions with different combustion and emission characteristics. In this paper, the fuel economy, emissions, misfire, knock and cycle-to-cycle variations in indicated mean effective pressure of lean burn natural gas engines are highlighted. Stoichiometric burn natural gas engines are briefly reviewed. To keep the output power and torque of natural gas engines comparable to that of gasoline engines, high boosting pressure should be used. High activity catalyst for methane oxidation and lean deNOx system or three way catalyst with precisely control strategies should be developed to meet stringent emission standards.
Park, Yong;Kim, Y S.;Y. D. Hahn;S. H. Shim;Lee, J. S.
한국분말야금학회:학술대회논문집
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한국분말야금학회 2000년도 추계학술대회 및 발표대회 강연 및 발표논문 초록집
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pp.11-12
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2000
Non-stoichiometric ceramics of $Ni_{x}ZnO_{1-x}Fe_{2}O_{4}$ were prepared by self-propagating high temperature synthesis reaction with various processing conditions and their stoichometric numbers were determined by neutron diffraction. The neutron diffraction patterns were measured at room temperature using monochromatic neutrons with a wave length of 0.18339 nm from a Ge(331) mocochromator at a 90 degree take off angle. The Rietveld refinement of each pattern converged to good agreement (x2=1.88-2.24). The neutron diffraction analysis revealed the final stoichiometries of the ferrites were $Ni_{0.38}Zn_{0.62}Fe_{2}O_{4}$ and $Ni_{0.33}Zn_{0.67}Fe_{2}O_{4]$, respectively. This supports that final stoichiometric number of the self-propagating high temperature synthesis product can be controlled by the processing parameters during the combustion reaction.
In the present study, investigations were carried out to obtain data on combustion characteristics of methane gas and hydrogen supplemented methane gas in a constant volume combustion chamber. The main results obtained from the study can be summarized as follows. The maximum combustion pressure increases as the initial pressure and hydrogen supplement rate increase, the total burning time is shorten by lowering the initial pressure and by increasing the hydrogen supplement rate. The maximum flame temperature and NO concentration increase by the initial pressure and hydrogen supplement rate increase. The flame propagation processes in near stoichiometric mixture are propagated with a spherical shape, but in excess rich or lean mixtures are propagated with a elliptical shape. And, they are changed an unstable elliptical shape flame with very regular cells by increasing the hydrogen supplement rate.
The results of study on the active control of naturally occurring combustion oscillations with a single dominant frequency in an atmospheric dump combustor are presented. Control was achieved by an oscillatory infection of secondary fuel at the dump plane. A high speed solenoid valve with a maximum frequency of 250Hz was used as the actuator and a sound level meter, located at the combustor exit, measured the pressure fluctuations which served as the feedback signal for the control loop. Instability characteristics were mapped over a range of mean mixing section velocities from 6.7 m/s-9.3 m/s and with three mixing conditions. Different fuel/air mixing conditions were investigated by introducing varying percentages of primary fuel at two locations, one at the entrance to the mixing section and one 6 mixing tube diameters upstream of the dump plane. Control studies were conducted at a mean velocity of 9.3 m/s, with an air temperature of $415^{\circ}C$, and from flame blowout to the stoichiometric condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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