Large eddy simulation of turbulent premixed flame in turbulent channel flow is studied by using G-equation. A flamelet model for the premixed flame is combined with a dynamic subgrid combustion model for the filtered propagation flame speed. The objective of this work is to investigate the validity of the dynamic subgrid G-equation model to a complex turbulent premixed flame. The effect of model parameters of the dynamic sub grid G-equation on the turbulent flame speed is investigated. In order to consider quenching of laminar flames on the wall, wall-quenching damping function is employed in this calculation. In the present study, a constant density turbulent channel flow is used. The calculation results are evaluated by comparing with the DNS results of Bruneaux et al.
The flame lengths and NOx emission characteristics of syngas $H_2$/CO turbulent non-premixed jet flames were investigated. The flame length which is the main parameter governs NOx emission was studied for various syngas compositions. The flame length was compared with previous correlation between Froude number and flame height and it shows that they have good agreements. It was confirmed that the turbulent jet flames herein investigated are in the region of buoyancy-momentum transition. NOx emission was reduced with increased Reynolds number and CO contents in syngas fuel and with decreased fuel nozzle diameter which is attributed by decreased flame residence time. Previous EINOx scaling based on flame residence time of $L_f^3/(d_f^2U_f)$ satisfies only the jet flame in momentum-dominated region, not buoyancy-momentum transition region. The simplified flame residence time ($L_f/U_f$) was adopted in modified EINOx scaling. The modified scaling satisfies the jet flames not only in momentum-dominated region but in buoyancy-momentum transition region. The scaling is also satisfied with $H_2$/CO syngas jet flames.
It was experimentally studied that the stabilization mechanism of turbulent, lifted jet flames in a non-premixed condition to reveal the newly found liftoff height behavior of hydrogen jet. The objectives 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 hydrogen jet velocity was changed 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 a result, it was found that the stabilization of lifted hydrogen diffusion flames is correlated with a turbulent intensity and Karlovitz number.
EINOx scaling for $H_2/CO$ non-premixed turbulent jet flame was conducted. NOx concentration and flame length were measured simultaneously with varying flow conditions. Flame length increases with Reynolds number which means the flames in buoyancy-momentum transition region. We assessed the previous Chen & Driscoll's scaling with present results. However, the scaling cannot satisfy the present results. We proposed new scaling which is addressed the simplified flame residence time. The new scaling satisfies the results of $H_2/CO$ syngas flame as well as pure hydrogen flames.
This paper presents results of experimental study of flame chemiluminescence from turbulent premixed flames in a dump combustor. A detailed spectroscopic measurement of chemiluminescence over the wavelength of 405-495 nm is made for various flow conditions. No effect of turbulence on the relationship between chemiluminescence and heat release is found, suggesting the overall chemiluminescence intensity collected be used as a measure of overall heat release for non-oscillating stable flame. The background-$CO_2^*$ subtracted $CH^*$ chemiluminescence is found to be more sensitive to the equivalence ratio and premixedness of fuel-air mixture than $CO_2^*$ chemiluminescence.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제10권3호
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pp.107-118
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1986
The presenet research attempts to examine the combustion characteristics and the structure of the flame in turbulent premixed flames and thus enhance the combustion performance that leads to the design of the effective combustion system (untilizing LNG). Following experimental investigations for several stabilized premixed flames were attempted to identify the interactive mechanism between flame structures and flow fields; Visualization by Schlieren method, measurement of flow velocity by LDV, detection of ion current by ion probe, measurement of fluctuating temperature by thermocouple having compensation circuit, average values with respect to time of fluctuating amount for flow velocity, temperature, ion current, etc., variable RMS values, PDFs, autocorrelation, crosscorrelation, spatial macroscale, power spectra, and velocity scale. Continuing the authors published studies whose flame dominated by coherent structures and the characteristics of combustion reaction for irregular three dimensional flame and stabilized flame by step were investigated with obtained experimental quantities. Results of this research are following : The most turbulent flames support the structure of a Wrinkled laminar flame or laminar flamelets. It also observed that combustion reaction is related to small tubulence microscales of the turbulent flow fields closly.
Three-dimensional numerical analysis of the turbulent premixed flame propagation in a constant volume combustion chamber is performed using the KIVA-3V code (Amsden et. al. 1997) by the flame surface density (FSD) model. A simple near-wall boundary condition is eaployed to describe the interaction between turbulent premixed flame and the wall. A mean stretch factor is introduced to include the stretch and curvature effects of turbulence. The results from the FSD model are compared with the experimental results of schlieren photos and pressure measurements. It is found that the burned mass rate and flame propagation by the FSD model are in reasonable agreement with the experimental results. The FSD combustion model proved to be effective for description of turbulent premixed flames.
Characteristics of methane turbulent non-premixed flame have been studied experimentally in coflow jets with initial temperature variation. The results showed that the premixed flame model and the large-scale mixing model for turbulent flame stabilization were effective for methane fuel considered initial temperature variation. Especially, the premixed flame model has been improved by considering nitrogen dilution for the liftoff height of turbulent lifted flame. In estimating blowout velocity and the liftoff height at blowout with the premixed flame model and the large-scale mixing model, the two turbulent models were excellently correlated by considering the effect of physical properties and buoyancy for the initial temperature variation.
A theoretical method is described to simulate the propagation of turbulent premixed flames in a closed vessel. The objective is to develop and test an efficient technique to predict the propagation speed of flame as well as the geometric structure of the flame surfaces. Flame is advected by the statistically generated turbulent flow field and propagates as a wave by solving twodimensional Hamilton-Jacobi equation. In the simulation of the unburned gas flow field, following turbulence properties were satisfied: mean velocity field, turbulence intensities, spatial and temporal correlations of velocity fluctuations. It is assumed that these properties are not affected by the expansion of the burned gas region. Predictions were compared with existing experimental data for flames propagating in a closed vessel charged with hydrogen/air mixture with various turbulence intensities and Reynolds numbers. Comparisons were made in flame radius growth rate, rms flame radius fluctuations, and average perimeter and fractal dimensions of the flame boundaries. Two dimensional time dependent simulation resulted in correct trends of the measured flame data. The reasonable behavior and high efficiency proves the usefulness of this method in difficult problems of flame propagation such as in internal combustion engines.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제28권4호
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pp.632-640
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2004
The purpose of this study is to clarify the influence of inert gas on the configuration characteristics of premixed turbulent propagating flames of hydrogen mixtures. Inert gas is changed to $N_2$, Ar, $CO_2$ and He keeping the laminar burning velocity of mixtures nearly the same value. A laser tomography technique was used to obtain the flame shape, and quantitative analyses were performed. The result shows that in the wrinkled laminar flame region, the surface area of turbulent flame is slightly dependent on the equivalence ratio and the kind of inert gas. It is also shown the region of convex part of flame toward the unburned gas is greater than that of toward the burned gas regardless of the kind of inert gas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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