Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.12
s.243
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pp.1352-1359
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2005
Unsteady simulations were performed to investigate the flame structure and the dynamic behavior of a premixed flame exposed to the wall heat loss. A 3-step global reaction mechanism was adopted in this study. Simulations were performed for two tube combustors with inner diameters($d_i$) of 1mm and 4mm. The material of tube combustor was assumed to be a Silicon Nitride($Si_{3}N_4$). The heat loss from the outer tube wall was controlled by adjusting the amount of convective and radiative heat loss. A conical premixed flame could be stabilized inside a tube of $d_i=4mm$. The flame stability inside a tube of $d_i=4mm$ combustor was not much sensitive to the amount of heat loss. In case of a tube of $d_i=1mm$, an oscillating flame was observed in very low heat loss condition and a flame could not be sustained in realistic heat loss condition.
A numerical study on lifted flame structure in impinging jet geometry with syngas composition ratio was investigated. The numerical calculations including chemical kinetic analysis were conducted using SPIN application of the CHEMKIN Package with Davis-Mechanism. The flame temperature and velocity profiles were calculated at the steady state for one-dimensional stagnation flow geometry. Syngas mixture compositions were adjusted such as $H_2:CO=10:90(10P)$, 20 : 80 (20P), 30 : 70 (30P), 40 : 60 (40P), 50 : 50 (50P). As composition ratios are changed from 10P to 50P, the axial velocity and flame temperature increase because the contents of hydrogen that have faster burning velocity increase. This phenomenon is due to increase in good reactive radicals such as H, OH radical. As a result of active reactivity, the burning velocity is more faster and this is confirmed by numerical methods. Consequently, combustion reaction zone was moved to burner nozzle.
The mechanism for laminar dust flame propagation can only be elucidated from a comprehensive mathematical model which incorporates conduction and radiation, as well as the chemical kinetics of particle devolatilization and gas phase and char reaction. The mathematical model for a flat, laminar, premixed coal-air flame is applied to the atmospheric coal-air mixtures studied by Smoot and co-workers, and comparisons are made with their measurements and predictions. Here the principal parameter for comparison is the laminar burning velocity. The studies of Smoot and co-workers are first reviewed and compared with those predicted by the present model. The effects of inlet temperature and devolatilization rate constants on the burning velocities are studied with the present model, and compared with their measurements and predictions. Their measured burning velocities are approximately predicted with the present model at relatively high coal concentrations, with a somewhat increased inlet temperature. From the comparisons, their model might over-estimate particle temperature and rates of devolatilization. This would enable coal-air mixtures to be burned without any form of preheat and would tend to increase their computed values of burning velocity.
The flame-retardant (FR) treatments of wool fibers using Hexafluorozirconate/titanate salts and tetrabromophthalic anhydride can cause skin irritation and gas toxicity due to Zr and Br compounds respectively. A water-soluble polyfunctional cyclophosphazene derivative, synthesized through substitution reaction of Hexachloro cyclophosphazene and N-[3-(Dimethylamino)propyl] metacrylamide, was applied as a durable flame-retardant for wool fabrics. Also, a crosslinked structure was introduced to improve washing durability of the FR-wool, up to 10 laundering cycles, using Acrylamide(AAm) and Triacryloylhexahydrotriazine (TAHT) as a comonomer and a crosslinker respectively. The mole ratios of the TAHT and AAm concentrations compared to the Dichloro tetrakis{N-[3-(Dimethylamino)propyl]methacrylamido} cyclcophosphazene (DCTDCP) were optimized to 1.33 and 7.5 respectively. In addition, the pyrolysis and combustion properties of the FR wool were assessed using LOI, TGA and microcalorimetry suggesting a solid-phase FR mechanism.
Devolatilization of the Refuse Derived Fuel(RDF) which is produced at WonJu in Korea was characterized in air atmosphere with variation of heating rate(10, 20 and $30^{\circ}C/min$) in TGA. The results of TG Analysis have shown that the pyrolysis and char combustion of the RDF occurred in the range of $350{\sim}700^{\circ}C$ depending on the heating rate. Activation energy of the RDF which was determined by using Friedman and Ozawa-Flynn-Wall method was in the range of 14.44~18.40 kcal/mol. Also, reaction order(n) and pre-exponential factors(A) were 1.219 and $3.02{\times}10^5$ by using Friedman method, respectively. In order to find out the devolatilization mechanism of the RDF, twelve solid-state mechanisms defined by Coats Redfern Method were tested. The results of the Coats Redfern Method have shown that chemical reaction is the effective mechanism by comparison with the value of the activation energy which was derived from the Friedman and Flynn-Wall-Ozawa method and correlation coefficient from twelve solid-state mechanisms of Coats Redfern Method. The solid state decomposition mechanism of the RDF was found to be a decelerated $F_1$ type, random nucleation with one nucleus on the individual particle.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.8
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pp.1111-1120
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1998
Spray Drying Absorber(SDA) system, where the combustion product gas is mixed with atomized limestone-slurry droplets and then the chemical reaction of $SO_2$ with alkaline components of the liquid droplets forms sulfates, has been widely used to eliminate $SO_2$ gas from coal fired power plants and waste incinerators. Liquid atomization is necessary because it can maximize the reaction efficiency by increasing the total surface area and dispersion angle of the alkaline components. First, numerical calculations using FLUENT are carried out to investigate $SO_2$ concentration distribution and thus to calculate $SO_2$ removal efficiency. So to attain the optimized spray conditions, then an electrostatic spraying system is set up and spray visualization is performed to show the effect of an electric field on overall droplet size. Next, the effect of an electric field on the concentrations of $SO_2$ is experimentally examined. Field strength is varied from -10 kV to 10 kV and configurations of conduction charging and induction charging are utilized. Consequently, the electrostatic removal efficiency of 501 increases about 30% with the applied voltage of ${\pm}10kV$ but is independent of polarity of the applied voltage. It Is also found that the conduction charging configuration results in higher efficiency of $SO_2$ removal that the induction charging configuration. Finally, the effect of slurry temperature on $SO_2$ removal is studied. The temperature influences on the electrostatic removal efficiency of $SO_2$.
The ignition delay times behind reflected shock waves in $C_2H_6-O_2-Ar$ systems containing $CH_3Cl$ were measured for the range of temperatures between 1270 and 1544 K. The measurements indicated that $CH_3Cl$ inhibited the ignition of ethane ignition and the inhibition effects increased with increasing $CH_3Cl$ concentration. To clarify the inhibition effects of $CH_3Cl$ from the viewpoint of the reaction mechanism, computational analyses were performed in $C_2H_6-CH_3CI-O_2-Ar$ mixtures.
The reduction of nitrogen to produce ammonia has been attracting much attention as a renewable energy technology. Ammonia is the basis for many fertilizers and is also considered an energy carrier that can power internal combustion engines, diesel engines, gas turbines, and fuel cells. Traditionally, ammonia has been produced through the Haber-Bosch process, in which atmospheric nitrogen combines with hydrogen at high temperature ($350-550^{\circ}C$) and high pressure (150-300 bar). This process consumes 1-2% of current global energy production and relies on fossil fuels as an energy source. Reducing the energy input required for this process will reduce $CO_2$ emissions and the corresponding environmental impact. For this reason, developing electrochemical ammonia-production methods under ambient temperature and pressure conditions should significantly reduce the energy input required to produce ammonia. In this review, we introduce the electrochemical nitrogen reduction reaction at ambient condition. Numerical studies on the electrochemical nitrogen reduction mechanism have been carried out through the computation of density function theory. Electrodes such as nanowires and porous electrodes have been also actively studied for further participation in electrochemical reactions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.9
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pp.1209-1219
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2003
The dynamic behaviors of the single vortex interacting with $CH_4-Air$ jet diffusion flame are investigated numerically. The numerical method is based on a predict-corrector scheme for a low Mach number flow. A two-step global reaction mechanism is adopted as a combustion model. Studies are conducted in fixed initial velocities for the three cases according as where $CO_2$ is added; (1) without dilution, (2) dilution in fuel stream and (3) dilution in oxidizer stream. A single vortex is generated by an axisymmetric jet, which is made by an impulse of a cold fuel when a flame is developed entirely in a computational domain. The simulation shows that $CO_2$ dilution in fuel stream results in somewhat larger vortex radius, and greater amount of entrainment of surrounding fluid than in other cases. Thus, the dilution of $CO_2$ in fuel stream enhances the mixing in single vortex and increases the stretching of the flame surface. The budgets of the vorticity transport equation are examined to reveal the mechanism of vortex formation when $CO_2$ is added. It is found that, in the case of $CO_2$ dilution in fuel stream, the vortex destruction due to volumetric expansion and the vortex production due to baroclinic torque are more dominant than in other cases.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.32
no.10
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pp.28-37
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2004
A two-dimensional direct numerical simulation was performed to investigate the evolution and vortical structure of a single vortex in reacting and non-reacting jet flow fields. A predictor-corrector-type numerical scheme with a low Mach number approximation was used, and a two-step global reaction mechanism was adopted as the combustion model. Through the comparisons of single vortex behaviors in reacting and non-reacting jet flow fields, it was found that the evolution characteristics and vortical structure of the single vortex were significantly influenced by a outer vortex that was generated from the buoyance effect as well as the chemical heat release. Furthermore, it was also identified that the differences of the vortical structure in reacting and non-reacting jet flow fields were mainly attributed to the thermal expansion, Baroclinic torque and buoyance effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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