A two-dimensional direct numerical simulation is performed to investigate the flame structure of $CH_4/N_2-Air$ counterflow nonpremixed flame interacting with a single vortex. The detailed transport properties and a modified 16-step augmented reduced mechanism based on Miller and Bowman's detailed reaction mechanism are adopted in this calculation. To quantify the strain on flame induced by a vortex, a scalar dissipation rate (SDR) is introduced. Results show that the fuel and air-side vortex cause an unsteady extinction. In this case, the flame interacting with a vortex is extinguished at much larger SDR than steady flame. It is also found that air-side vortex extinguishes a flame more rapidly than fuel-side vortex. The unsteady effect induced by flame-vortex interaction does not lead to a transient OH overshoot of the maximum steady concentration observed in experiment, while $HO_2$ radical increases more than the maximum steady concentration with increasing SDR. In addition, it is seen that NO and $NO_2$ are not sensitive to the unsteady variation of SDR.
Many previous researches on the premixed flame in a tube have treated the unsteady flame behaviors but more detailed and fundamental research has been necessary. The study on the flame stabilization condition in a tube and the unsteady behaviors were carried out in recent years. In this paper, a mean velocity variation larger than the burning velocity was introduced to the stabilized flame for a period longer than the reaction time scale in order to examine the unsteady behavior of flame propagation. Through our previous work it was found that the effects of non-unity Lewis number on the flame extinction was negligible in the extinction by the boundary layer even though they were important in the extinction by the acoustic instability. In this paper we carried out an analytic approach to explain the previous experimental results. It showed that the heat loss, from a flame to the wall, is not a sufficient condition but a required one for the growth of the extinction boundary layer. In addition, the quenching and the flame stretch, under a strong unsteady flow field, are the main causes of the eventual extinction.
This study described the experimental investigations of combustion instability in a model gas turbine combustor. Strong coupling between pressure oscillations and unsteady heat release excites a self-sustained acoustic wave, which results in a loud and annoyed sound, and may also lead to a structural damage to the combustion system. In this study, in order to examine the combustion instability phenomenon of a dual swirling combustor configuration, the information of heat release and pressure fluctuation period with respect to the variation in both thermal power and combustor length was collected experimentally. As a result, the fundamental acoustic frequency turned out to increase with the increasing thermal power without respect to the combustor length. The frequency response to the combustor length was found to have two distinct regimes. In a higher power regime the frequency significantly decreases with the combustor length, as it is expected from the resonance of gas column. However, in a lower power regime it is almost insensitive to the combustor length. This insensitive response might be a result of the beating phenomenon between the interacting pilot and main flames with different periods.
In the production of internal combustion engines, there have been trends to develop the high performance engines with improved fuel efficiency, lighter weights and smaller sizes. This trends help to answer problems related to thermal load and abnormal combustion, etc. in these engines. In order to investigate these problems, a thin film-type probe and its manufacturing method for instantaneously measuring surface-temperatures have been proposed in this study, Instantaneous surface temperature of a constant volume combustion chamber was measured by this probe and heat flux was obtained by Fourier analysis. In order to thoroughly understand the characteristics of combustion, the authors measured the wall temperature of the combustion chamber and computed heat flux through a cylinder wall while varying the protrusion height of the probe have been measured. To achieve the above goals, a instantaneous temperature probe was developed, thereby making possible the analysis of the instantaneous temperature of wall surface and the detection of unsteady heat flux in the constant volume combustion chamber.
In recent year, as the current and future emission regulations go stringent, the research of exhaust manifold and CCC has become the subject of increasing interest and attention. This study is concerned with the systematic approach to improve catalyst flow uniformity and light-off behavior through the basic understanding of exhaust flow characteristics. Computational approach to the unsteady compressible flow for exhaust manifold of 4-1 type and 4-2-1 type and CCC system of a 4-cylinder DOHC gasoline engine was performed to investigate the flow distribution of exhaust gases. In this study, through calculation, the effects of geometric configuration of exhaust manifold on flow structure and its maldistribution in monolith were mainly investigated to understand the exhaust flow patterns in terms of flow uniformity. Based on the design guidance resulting from this fundamental study, the flow uniformity of 4-2-1 type exhaust manifold demonstrated the more improved exhaust characteristics than that of the 4-1 type one.
The present study is focused on modeling the transient behavior of the local flame structure which is especially important for slow reaction processes, such as NOx formation in the radiating flame field. The recently developed unsteady flamelet model has been applied to analyze a steady, turbulent jet flame. Numerical results are compared with experimental data and numerical results of the conventional steady flamelet model. The numerical result reveals that the unsteady flamelet model correctly predicts the nonequilibrium effect upsteam and the subsequent decay of the superequilibrium radical concentrations the further downstream.
Flame structure of diffusion flame interacting with a single vortex was investigated with direct numerical simulation (DNS). A well-known counterflow diffusion flame was used as an initial flat flame and single vortices were made by issuing a high-velocity jet abruptly in fuel- and air-side. The variations in the maximum concentration of major species (CO and $CO_2$) and NOx (NO and $NO_2$) with the stoichiometric scalar dissipation rate were investigated. Unsteady effects in the species concentration variation of the flame interacting with a vortex were identified by comparing with that of steady flame. $NO_2$ formation characteristics of the flame interacting with a vortex were well understood by investigating the $HO_2$ formation. To enhance the prediction performance in the fire simulation, current turbulent combustion modelings are needed to be modified by adopting the unsteady effects in the species concentrations of diffusion flame interacting with a vortex.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.05a
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pp.175-178
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2008
A Numerical Simulation which uses preconditioning algorithm to examine unsteady combustion processes for the AP/HTPB propellant with a converging-diverging nozzle has been compared with experimental data for solid rocket motor. To analysis reacting flow of solid rocket motor, unsteady pressure, temperature contour was simulated by grid moving of propellant.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.6
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pp.72-81
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1991
In this study, the analytic investigation of the unsteady flow in the intake and exhaust pipes has been carried out using the method of characteristics in one direction to predict volumetric efficiency. Based on the calculated volumetric efficiency, three zone predictive analysis using Wiebe function was applied to predict the engine performance and the results were compared with experiment. Mixture in the cylinder is subdivided into three zones during combustion process in this analysis; adiabatic core zone, thermal boundary layer zone and unburned zone. In each zone, pressure, temperature and gas composition have been calculated. In conclusion, it is possible to take account of the intake and exhaust pipe tuning effect in predicting the engine performance, by the analytic solution of the unsteady flow in the pipes, and comparison of prediction with experimental results shows a good agreement on the pressure variation in the intake and exhaust pipes which has a direct influence on the volumetric efficiency and performance of the engine.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.3
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pp.1-11
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2000
Instantaneous temperature probes were manufactured by pressing method. By using these probes, the instantaneous surface temperature and unsteady heat flux in the cylinder liner of DOHC engine were measured. The main results are as follows; ⅰ) the instantaneous surface temperature of cylinder liner are affected by the contact of piston ring as well as burning gas. ⅱ) the wall temperature of the siamese portion is much higher than other parts. ⅲ) it was shown that the rising trend of heat flux by burning gas are nearly limited to the 1/2-stroke distance from the top of cylinder liner.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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