질소 희석 가스가 수소화염의 화염안정성에 미치는 영향을 실험적으로 연구하였다. 연료는 수소이며 수소화염을 부상시키기 위하여 동축공기를 사용하였다. 이때 수소의 속도는 200 m/s이고 동축공기의 속도는 16 m/s로 고정하였다. 질소 희석 가스는 연료 공급라인에 주입되었으며 전체 연료 부피의 0$\sim$20%까지 주입하였다. 화염구조분석을 위하여 PIV/OH PLIF 동시측정 기법을 사용하였다. 수소 난류 확산화염 화염안정성 실험을 통하여 질소 가스 주입에 따라 부상화염 높이는 증가하였으며, 난류 화염 전파속도는 감소하였다. 그리고 난류 화염전파속도는 난류강도의 함수로 표현될 수 있었다.
A turbulent combustion model, based on edge flame dynamics, is discussed in order to predict global extinction of turbulent flames. The model is applicable to the broken flamelet regime of turbulent combustion, in which global extinction of turbulent flame is achieved by gradual expansion of flame holes. The edge flame dynamics is the key mechanism to describe the flame hole expansion or contraction. For flames with Lewis numbers near unity, there is a $Damk{\ddot{o}}hler$ number, namely the crossover $Damk{\ddot{o}}hler$ number, at which edge flame changes its direction of propagation. The parametric region between the quasi-steady extinction condition and the edge-flame crossover condition is a metastable region, in that flames without edge can stay in their burning states while flames with edge have to retract to expand quenching holes. Using the above properties of edge flame, Hartley and Dold proposed a Lagrangian hole dynamics, which allows us to simulate transient variation of quenching holes. In their model, each stoichiometric surface is subjected to a random sequence of scalar dissipation rate compatible to the equilibrium turbulence. Then, each stoichiometric surface will evolve, according to the combustion map, dependent on the scalar dissipation rate and existence of flame edge, If all the burning surfaces are annihilated, the event can be declared as a global extinction. The consequence obtained from the above model also can be used as a subgrid model to determine local extinction occurring in a calculation grid.
The effect of turbulence and ignition energy on flame kernel growth in mathanol-air mixtures has been studied in a constant volume vessel. Experiments were made under different turbulent intensity conditions, ignition energy and over a range of equivalence ratio. Characteristics of turbulent flow were grasped by measurments of gas pressure and visualization of flame propagation. Flow velocity was measured by use of hot wire anemometer. A comparison of the effect of turbulence on ignition probability and flame kernel volume variation ratio is also presented.
The stabilization mechanism of turbulent, lifted jet flames in a non-premixed condition has been studied experimentally. The objectives are to explain the phenomenon of a liftoff height decreasing as increasing fuel velocity and to reveal the mechanisms of flame stability Hydrogen was varied from 100 to 300 m/s and a coaxial air was fixed at 16 m/s with a coflow air less than 0.1 m/s. The technique of PIV and OH PLIF was used simultaneously with CCD and ICCD cameras. It was found that the liftoff height of the jet decreased with an increased fuel jet exit velocity. The leading edge at the flame base was moving along the stoichiometric line. Finally we confirmed that the stabilization of lifted hydrogen diffusion flames is related with a turbulent intensity, which means combustion is occurred where the local flow velocity is equal to the turbulent flame propagation velocity.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제19권4호
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pp.34-41
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1995
The structure of premixed tubulent flames in a constant-volume vessel was investigated using a schlieren method and microprobe method. The schlieren method was used to observe the flame structure qualitatively. The microprobe method, which detects a flamelet by detecting its flame potential signal, was used to investigate the deeper flame structure behind the flame front. The flame potential signal having one to six peaks was obtained in the case of turbulent flames, each of them being regarede as a flamelet existing in the flame zone. Based on this consideration, the flame propagation speed, the thickness of the flame zone, the number of flamelets and the separation distance between adjacent flamelets in the flame zone were measured. Moreover, the thickness of flamelet which could not be attempted in the conventional electrostatic probe method was also investigated. The experimental results of this work suggest the existence of "reactant islands" in the reaction zone, and show that the averaged number of flamelets increases with an increase in the turbulence intensity and/or a decrease in the Damkohler number. The mean thickness of flamelet in the case of turbulent flames was found to be about two times compared to laminar values.ar values.
DNS is performed to examine the propagation characteristics of stagnating turbulent premixed flames. Results show good agreement with the recently proposed relationship for turbulent burning velocity, $S_T$. It is shown that $S_T$ increases through a thinner flamelet, turbulence production and correlation between fluctuating velocity and buoyancy force respectively for diffusive-thermal, hydrodynamic and Rayleigh-Taylor instability. The mean curvature doesn't have significant effect on $S_T$ at the leading edge.
Initial flame development and propagation were visualized under the new ignition system developed to estimate the effects of ignition characteristics on the engine performance in a port injection SI engine. Effects of intake air flow characteristics were also investigated by three different kinds of the swirl control valve. Experiments were performed in an optical single cylinder engine modified form a commercial engine. Flame images were captured through the quartz window mounted in the piston by the high speed video camera and analyzed to compare initial flame development. Results show that IMEP tends to rise slightly as the ignition duration gets longer. The direction of flame propagation is decisively governed by the in-cylinder flow motion. Every flame grows toward the exhaust valve forming a kind of turbulent flame. Initial flame propaagation characteristics are very similar to ones analyzed form pressure data.
The modeling of combustion process is an important part in an engine simulation program. In this study, calculated results using a conventional B-K model and the other model which is called GESIM were compared with experimentally measured data of a three-cylinder spark-ignition engine under wide range of operating conditions. The burn rates calculated from the combustion models were compared with the burn rate calculated from the one-zone heat release analysis that uses measured pressure data as an input data. As a result of the two models' comparison, the GESIM combustion model conformed to be closer to the data acquired from the experiment in wide operating ranges. The GESIM model has been improved by introducing a variable that considers the flame size, the area of flame conacting the piston surface into the model, based on the comparison between the experimental result and the calculated results. The improved combustion model predicts experimental results more precisely than that of GESIM combustion model.
화염면의 전파를 모사하는 -방정식에 기초한 DSGS 모델을 이용한 난류 예혼합 연소에 대한 LES 해석을 수행하였다. -방정식에 새롭게 도입된 DSGS 모델을 적용한 LES 지배방정식을 고찰한 후 후향계단을 갖는 복잡한 형상의 연소기 내의 난류 예혼합 연소 유동을 고찰하였다. 본 연구의 LES 해석은 재부착 위치, 평균속도 및 변동량, 그리고 온도와 같은 실험결과를 정확히 예측하였다.
To reveal the newly found liftoff height behavior of hydrogen jet, we have experimentally studied the stabilization mechanism of turbulent, lifted jet flames in a non-premixed condition. The objectives of the present research are to report the phenomenon of a liftoff height decreasing as increasing fuel velocity, to analyse the flame structure and behavior of the lifted jet, and to explain the mechanisms of flame stability in hydrogen turbulent non-premixed jet flames. The velocity of hydrogen was varied from 100 to 300m/s and a coaxial air velocity was fixed at 16m/s with a coflow air less than 0.1m/s. For the simultaneous measurement of velocity field and reaction zone, PIV and OH PLIF technique was used with two Nd:Yag lasers and CCD cameras. As results, it has been found that the stabilization of lifted hydrogen diffusion flames is related with a turbulent intensity, which means that combustion occurs at the point where the local flow velocity is balanced with the turbulent flame propagation velocity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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