Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.3
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pp.1028-1039
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1996
This study was focused on the examination of the flame structure and the combustion characteristics of diffusion flame which was formed the turbulent shear flow of a double coaxial air jet system. The shear flow was formed by the difference velocity of surrounding air jet(U$\_$s/) and center air jet (U$\_$c/). So experimental condition was divided S-type flame (.lambda. > 1) and C-type flame (.lambda. < 1) by velocity ratio .lambda. (=U$\_$s//U$\_$c/). For examination of the flame structure and the combustion characteristics in diffusion flame, coherent structure was observed in flame by schlieren photograph method. We measured fluctuating temperature and ion current simultaneously and accomplished the statistical analysis of its. According to schlieren photograph, the flame was stabilized in the rim of the direction of lower velocity air jet, coherent eddy was produced and developed by higher velocity air jet. The statistical data of fluctuating temperature and ion current was indicated that reaction was dominated by higher velocity air jet. The mixing state of burnt gas and non-burnt gas was distributed the wide area at Z = 100 mm of C-type flame.
OH radical and NOx have been measured in a methane-air partially premixed flame using PLIF technique to define preheated air combustion characteristics. The temperature of mixture is determined by 300K, 400K, 600K and 800K below the auto-ignition temperature respectively. Flame height increases as equivalence ratio increased. As initial enthalpy is supplied, the radius of flame was increased and much amount of yellow flame in rich equivalence ratio was observed. This is due to the faster burning velocity. Also initial oxidization begins earlier as the initial temperature of mixture increased. It means that height of premixed flame front decreased. This phenomenon can be observed OH PLIF image. The qualitative analysis of OH concentration in the PLIF image shows that overall OH concentration increases with equivalence ratio and the initial temperature of mixture increased. At the preheating temperature goes up, axial gradient of OH concentration is less steep than that of lower temperature condition. This may identify that combustion reacts continuously, so preheated air combustion can evade the local heating and make high temperature indiscriminately in the overall reaction zone.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.12
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pp.1652-1661
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2000
A visualization study using the schlieren method is adopted in an optically-accessible, cylindrical constant volume combustion chamber to identify the mechanism of ignition energy and ignition system interaction in spark ignited, lean gasoline-air mixture. In order to research the effects of ignition system on flame propagation, two kinds of ignition system are designed, and several kinds of spark plugs are tested and evaluated. To control the discharge energy, the dwell time is varied. The initial flame development is quantified in terms of 2-D images which provides information about the projected flame area and development velocity as a function of ignition system and discharge energy. The results show that high ignition energy and extended spark plug gap can shorten the combustion duration in lean mixtures. The material, diameter and configuration of electrodes the flame development by changing the transfer efficiency from electrical energy to chemical energy and discharge energy. However these factors do not affect of flame development as much a ignition energy or extended gap does.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.1
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pp.38-45
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2009
Oxy-fuel combustion of pulverized coal is one of the promising new technologies to reduce $CO_2$ and NOx from coal combustion. However, the stability of pulverized coal flame is reduced in the oxy-fuel combustion. This flame stability is concerned with the flame propagation that is affected by surrounding gas and coal characteristics, such as gas temperature, gas composition, coal volatile, coal activation energy and coal size. In this paper, a study on the influence of surrounding gas and coal characteristics on the flame propagation velocity in oxy-fuel combustion of pulverized coal was preformed. One dimensional model was used to calculate the flame propagation velocity of pulverized coal clouds. In this model, the radiation is considered to be the main source of heat exchange, and Monte Carlo method was adopted for accurate calculation of radiation heat flux. It was found that the flame propagation velocity become higher with the decrease of coal activation energy and the increase of coal volatile. Also, according to the increase of gas temperature and $O_2$ concentration, flame propagation velocity increased.
New concept spark plug was developed to study its influence on the combustion characteristics of SI engine. It has pre-ignition chamber at the lower end of spark plug and flame hole, in which fresh mixture gas can be put in through the flame hole without any fuel supply system. This spark plug was tested in a single cylinder engine dynamometer for different air fuel ratio to measure the fuel consumption rate, emission gases, and MBT timing. And constant volume combustion chamber was made to understand flame characteristics of spark plug. New spark plug induced fast burn compared to the conventional spark plug and its effects were increased in lean air fuel ratio. Pre-ignition chamber spark plug with 5 holes which had adjusted size was more stable and effective in combustion performance than pre-ignition chamber spark plug with 1 hole. And its effects showed larger differences in lean air fuel ratio than stoichiometric condition. Flame kernel and flame growth process of conventional spark plug and pre-ignition chamber spark plug studied by flame visualization of schlieren method.
The effects of EGR and premixedness on NO formation have been numerically investigated. The flame structure is classified into three categories; premixed flame($=1)$, rich/lean premixed flame(${\alpha}=0.6$ and 0.8) and diffusion flame(${\alpha}=0$). NO formation/destruction mechanisms are assorted to thermal, reburn and Fenimore mechanisms. The temperature of unburned gas is arranged to 298 and 500 K to have access to the condition in a real internal combustion engine. The results show that all three NO formation/destruction reaction rates in the fuel rich flame zone could be decreased by EGR for rich/lean premixed flames, while those in the fuel lean flame zone are not significantly changed. Near the stagnation plane, however, only the thermal NO reaction rate is decreased. The contribution of reburn and Fenimore mechanisms for the net NO production becomes less significant as the premixedness of a flame increases. The larger amount of NO reduction with EGR is expected under the higher temperature and/or higher fuel/air premixedness conditions due to the increased contribution of the thermal mechanism. The role of Fenimore and reburn mechanisms could be important for rich premixed and diffusion flames; therefore, the effect of EGR on NO reduction could vary with fuel/air premixedness. The premixedness of a partially premixed flame changes the flame structure and could affect the NO production characteristics.
Adding small amounts of air to the fuel is used in many commercial combustors to avoid sooty flame. But partially premixed jet flame has lower blowout velocity, $u_{b.o}$, than nonpremixed one. Increasing blowout limit would be one of the key factors to develope highly intense compact combustion devices. Swirling flow enhances fuel and air mixing and induces a highly turbulent recirculation zone, which helps flame stabilization. It was known that NOx emission decreases with swirl on the proper range of swirl number. And it was shown that the flame interaction in multiple jets also increases $u_{b.o}$ owing to the internal recirculation and reduces NO emission. If the effects of swirl and flame interaction are combined together in partially premixed flame, both $u_{b.o}$ increasement and NOx emission reduction could be achieved. Blowout limits of partially premixed interacting propane flame in the swirling air coflow are investigated experimentally. The results show that the flame is not extinguished up to the experimental limits, 210 m/s, at the swirl number of 0.32 and $X_{F,o}$ = 0.46.
Flame stabilization characteristics of premixed flames in an annular coaxial 5-tubes burner (AC5TB) were investigated experimentally. The AC5TB was made of five quartz tubes, and the flame stabilization conditions in that burner were investigated with the variation of equivalence ratio and the flow velocities. Flame behaviors inside of narrow annular tubes could be observed directly. Overall flame stabilization conditions were similar to that of the previous study, while the flame behaviors and structures were different mainly due to the controlled uniform distribution of the velocities in channels. Flame flashback conditions were thought to be governed by the competition between heat release rate, heat loss and heat recirculation in each channel. Stationary flames at a fixed location were compared in its velocity distribution and burned gas temperature across the channel. This AC5TB can be a basic configuration for the development of flame stabilization model of porous media combustors, and it will help understand about the real behavior of flames in meso-scale combustion spaces.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.5
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pp.191-198
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1998
In this study, the effects of water vapor in inlet air, spark advance and fuel type in the spark ignition engine were investigated through the experiments of combustion and flame arriving pattern analysis using ionization probe. The results of flame propagation experiment using ionization probe show that the flame which ignited from spark plug located at the center of the combustion chamber propagated faster in exhaust side than in intake side due to the mixture flow motion inducted into combustion chamber from intake tumble port at all conditions. And as the partial vapor pressure increased, the flame propagation became slower in all direction. Especially effects were greater for intake side than the exhaust side.
Activation energy asymptotics (AEA) for Linan#s premixed-flame regime is revisited in this paper. First, the detailed AEA procedure for the premixed-flame regime is demonstrated, so that the practitioners of AEA could easily apply the method to their own problems. In addition, the controversies surrounding the premixed-flame regime, namely the closure controversy and fast-time instability paradox, are explained. Finally, the limitation of AEA, mainly arising from the wrong prediction of fuel leakage through the reaction zone, is examined and the Zel#dovich-Linan kinetics is introduced as an alternative to meet the needs of modern combustion analysis, where the detailed chemical structure of flame is demanded.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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