본 논문은 와류 유동이 존재하는 케로신/공기 화염 자발광 특성을 실험적 접근방법으로 수행한 연구이다. 한국형 발사체 액체로켓엔진에 적용되는 Jet A-1 을 사용하였고, 와류 세기 영향을 파악하기 위해 세 가지의 스월러를 적용해 실험을 진행하였다. 와류 세기, 연소 공기온도 변화에 따른 화염 자발광을 분광기를 활용하여 계측하였다. 자발광 스펙트럼에서 $OH^*$, $CH^*$, $C_2{^*}$등의 라디칼에 의한 화학발광 특성을 파악하였다. 케로신 화염의 화학발광 세기는 와류 세기에 민감한 반응을 보였으며, 연소 공기온도에 의한 영향은 적게 받았다. 특히 $C_2{^*}$ 화학발광 방출 세기는 와류 세기와 당량비 변화에 민감하게 반응하였다. 화염 특성을 파악하기 위해 각 라디칼 세기 비로 데이터를 분석한 결과, $I_{OH^*}/I_{CH^*}$ 화학발광 세기 비는 공기 유량 변화에 의한 당량비 변화를 지시하기가 적합하며, $I_{C_2{^*}}/I_{CH^*}$ 화학발광 세기 비는 연료 유량변화에 따른 당량비 변화를 지시하기에 적합하였다.
The swirl effect on an axisymmetric turbulence has been investigated along its centerline by the hot wire anemometry. Flow facility to generate and conrol the swirl has been built by using the rotating honeycomb and grid. For the case of internal flows, as the strength of the swirl increases the flow tends to be locally isotropic by modifying the radial and the rotational components mainly. In comparison with those of the plain free jet, the decay of the centerline turbulences seems to be delayed substantially even with a slight swirl component.
The present study deals with experimental investigations on the syngas-oxygen combustion characteristics of a swirl-stabilized premixed flame in a 10 kW combustor. The effect of hydrogen in syngas has been investigated with different swirl angles to identify the role of hydrogen and swirl strength on the flame stability and CO emissions. The results show that hydrogen addition extended the blowout limit while narrowing the flashback limit. The dependence of blowout on the swirl angle is negligible while the dependence of flashback on the swirl angle is evidenced by two regimes depending on the amount of hydrogen. CO emission is decreased with increasing excess $O_2$ supply or increasing hydrogen content. Chemiluminescence diagnostics is utilized to provide information on the structure of a swirl-stabilized premixed flame. The OH chemiluminescence intensity is more concentrated near the burner exit with an increase in the hydrogen content, which results from high reactivity of hydrogen.
Kishore, Girishankar;Bae, Seong Hun;Kim, Jeong Soo
한국추진공학회:학술대회논문집
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한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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pp.704-708
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2017
A spray characteristics is carried out in a numerical simulation of swirl coaxial injector. The water and nitrogen are the oxidizer and fuel is used in cold flow condition. The simulation is carried out in 3d model with varying recess length. Reynolds stress turbulence and volume of fluid model were chosen to perform the simulation. The spray characteristics have been investigated as well as the influence of the inlet swirl strength of the internal flow. Effect of recess length is studied for the axial and radial velocity decreased with a reduced length of inner injector due to the decline vortex intensity.
Rotational motion in the atmosphere around a fire may have a profound influence on the fire plume. This process underlies the occurrence of fire whirls. Fire whirls are rare but highly destructive phenomenon which were observed in a large forest, urban and building fires. The present study aims to investigate of the effect of rotation Strength on the fire whirl characteristics expeimentally. Experiments are performed for various sizes of fire source with different rotation strength. From the experimental observations, it is noted that the mean centerline temperature is gradually increased and mean radial temperature is decreased as increases rotation strength. The characteristic mean flame height of fire based on the visible observation is increased as increases of dimensionless swirl parameter, $\Omega/\alpha$, represented by swirl induced motion to buoyancy driven motion.
The tumble or swirl flow is used to promote mixing of air and fuel in the cylinder and to enlarge turbulent intensity in the end of the compression stroke. Since the in-cylinder flow is a kind of transient state with rapid flow variation, which is non-steady state flow, the tumble or swirl flow has not been analyzed sufficiently whether they are applicable to combustion theoretically. In the investigation of intake turbulent characteristics using PIV method, typical flow characteristics were figured out by SCV configurations. An engine installed SCV had higher vorticity and turbulent strength by fluctuation and turbulent kinetic energy than a baseline engine, especially near the cylinder wall and lower part of the cylinder. Above all, the engine with SCV 8 was superior to the others in aspect of vorticity and turbulent strength. For energy dissipation, a baseline engine had much higher energy loss than the engine installed SCV because flow impinged on the cylinder wall. Consequently, as swirl flow was added to existing tumble flow, it was found that fluctuation increased and flow energy was conserved effectively through the experiment.
The stability of a rotor-bearing system supported by swirl-controlled hybrid journal bearing with pair-type angled injection orifices is investigated for improvement of the whirl frequency ratio by allowing effective control of the tangential flow inside the bearing clearance, i.e., by achieving more freedom in controlling strength and direction of the supply tangential flow inside the bearing clearance. It is suggested that the system instability can be improved through the change of bearing dynamic characteristic parameters with the swirl control. The orifice diameter d$_0$ and recess injection angle $\alpha$ along with combinations of swirl/anti-swirl supply pressures and directions (3.0-3.0MPa, 4.0-2.0MPa, 2.0-4.0MPa) are selected for design parameters for swirl-controlled effective factors dependent on journal speeds (3000, 9000, 15000, 21000 rpm). It has been found that the orifice diameter do shows strong effects on effective maneuverability of direct-stiffness and direct damping values, while recess injection angle $\alpha$ results in substantial magnitude and direction of cross-stiffness. Specifically, recess injection parameters which are functions of angle of orifice feeding flow and recess dimensions showed very feasible effect on the stability of swirl-controlled rotor-bearing system.
스월 난류연소기에서의 혼합기 유입온도와 스월세기에 따른 연소불안정 발생 메커니즘 알아보기 위하여 Large Eddy Simulation을 수행하였다. 스월각 45도 경우 연료공기 혼합기의 온도를 600K에서 660K으로 증가시켰을 경우 화염분기(Bifurcation)현상이 관찰되었고, 스월 강도가 변할 경우 온도와 관계없이 화염분기가 일어나거나 그렇지 않음을 확인하였다. 벽면근처의 혼합가스 유동속도와 화염속도간의 상관관계는 화염분기현상의 발생에 주요한 인자임을 확인하였다.
Combustion and fuel distribution characteristics of heavy duty engine with the liquid phase LPG injection(LPLI) were studied in a single cylinder engine, Swirl ratio were varied between 1.2, 2.3, and 3.4 following Ricardo swirl number(Rs) definition, Rs=2.3 showed the best results with lower cycle-by-cycle variation and shorter burning duration in the lean region while strong swirl(Rs=3.4) made these worse for combustion enhancement. Excessive swirl resulted in reverse effects due to high heat transfer and initial flame kernel quenching. Fuel injection timings were categorized with open valve injection(OVI) and closed valve injection(CVI). Open valve injection showed shorter combustion duration and extended lean limit. The formation of rich mixture in the spark plug vicinity was achieved by open valve injection. With higher swirl strength(Rs=3.4) and open valve injection, the cloud of fuel followed the flow direction and the radial air/fuel mixing was limited by strong swirl flow. It was expected that axial stratification was maintained with open-valve injection if the radial component of the swirling motion was stronger than the axial components. The axial fuel stratification and concentration were sensitive to fuel injection timing in case of Rs=3.4 while those were relatively independent of the injection timing in case of Rs=2.3.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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