Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.8
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pp.1989-1998
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1995
Characteristics of the flame propagation for normal and abnormal combustion in hydrogen premixture in a cylindrical constant-volume combustion chamber are studied numerically. A detailed hydrogen oxidation kinetic mechanism, mixture transport properties and a model describing spark ignition process are used. The calculated pressure-time history of the stable deflagration wave propagation agrees well with the experiment. The ignition of the premixture in the unburned gas, initiated by the hot spot, causes a transition from deflagration to detonation under some initial temperature and pressure. Under the initial conditions with high temperature and pressure, excessive ignition energy initiates a strong blast wave and a detonation wave that follows. The chemical reaction in the detonation wave is much more vigorous than that in the deflagration wave and the peak pressure in the detonation wave is much higher than the equilibrium value.
The detonation combustion is a supersonic combustion process follows on shock wave oscillations in detonation tube. In this paper numerical studies are carried out combined effect of blockage ratio and spacing of obstacle on detonation wave propagation of hydrogen-air mixture in pulse detonation combustor. The deflagration to detonation transition of stoichiometric (ϕ=1)fuel-air mixture in channel has been analyzed for effect of blockage ratio (BR)=0.39, 0.51, 0.59, 0.71 with spacing of 2D and 3D. The reactive Navier-Stokes equation is used to solve the detonation wave propagation mechanism in Ansys Fluent platform. The result shows that fully developed detonation wave initiation regime is observed near smaller vortex generator ratio of BR=0.39 inside the combustor. The turbulent rate of reaction has also a great significance role for shock wave structure. However, vortices of rapid detonation wave are appears near thin boundary layer of each obstacle. Finally, detonation combustor demonstrates the superiority of pressure gain combustor with turbulent rate of reaction of 0.6 kg mol/m3 -s inside the detonation tube with obstacle spacing of 12 cm, this blockage enhanced the turbulence intensity and propulsive thrust. The successful detonation wave propagation speed is achieved in shortest possible time of 0.031s with a significance magnitude of 2349 m/s, which is higher than Chapman-Jouguet (C-J) velocity of 1848 m/s. Furthermore, stronger propulsive thrust force of 36.82 N is generated in pulse time of 0.031s.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.04a
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pp.457-462
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2011
This paper presents a numerical investigation of deflagration to detonation transition (DDT) induced by shock wave and flame interaction in ethylene-air mixtures. Also shows the change of DDT triggering time by wall cooling effect. A model is consisted of the compressible reactive Navier-Stokes equations. And the effect of viscosity, thermal conduction, molecular diffusion, chemical reaction and wall effect are included. Using this model, the generation of hot spot by repeated shock and flame interaction, occurrence of detonation, and wall cooling effect of detonation confining boundaries are studied.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2010.11a
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pp.369-374
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2010
This paper presents a numerical investigation of the Deflagration to Detonation Transition (DDT) of flame acceleration by a shock wave in combustible gas mixture. A model consisting of the reactive compressible Navier-Stokes equations is used. The effects of viscosity, thermal conduction, species diffusion, and chemical reactions are included. Using this model, the generation of hot spots by repeated shock and flame interaction in front and back of flame and the change of detonation occurrence by various shock intensities (Ms=1.1, 1.2, 1.3) are studied. The simulations show that as the incident shock intensity increases, the Richtmyer-Meshkov (RM) instability becomes stronger and DDT occurrence time is reduced.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.11a
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pp.263-267
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2011
This paper presents a numerical investigation of the deflagration to detonation transition (DDT) of flame acceleration by a shock wave filled with an ethylene-air mixture in bent tube. A model consisting of the reactive compressible Navier-Stokes equations and the ghost fluid method (GFM) for complex boundary treatment is used. A various intensities of incident shock wave simulations show the generation of hot spots by shock-flame interaction and the accelerated flame propagation due to geometrical effect. Also the first detonation occurs nearly constant chemical heat release rate, 20 MJ/($g{\cdot}s$). Through our simulation's results, we concentrate the complex confinement effects in generating strong shock wave, shock-flame interaction, hot spot and DDT in pipe.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.15
no.1
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pp.1-10
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2007
When detonation is occurred, the working fluid is compressed itself, though there are no other devices that compress the fluid. As a result, an engine which uses detonation for a combustion process doesn't need moving parts so that the engine can be lighter than other engines ever exist, and such an engine is often referred to as a pulse detonation engine. Since using detonation has higher performance than using deflagration, many studies have been attempting to control and analyze the engines using detonation as combustion. The purpose of this study is to analyze the hybrid cycle which is consisted of Brayton and Pulse Detonation Engine cycle. At first, we set the theoretical basis of detonation analysis, and after that we consider two hybrid cycles; a turbojet hybrid cycle and a turbofan hybrid cycle. The more energy released, the higher detonation Mach number the detonation wave has. In general, a cycle which has a detonation process has higher performances but thermal efficiency of hybrid turbofan engine.
Hydrogen safety is one of important issues for future public usage of hydrogen. When hydrogen is released in a compartment, the occurrence of detonation must be prohibited. In order to evaluate the possibility of DDT (Deflagration to Detonation Transition) in the compartment with the hydrogen release, sigma-lambda criteria which were developed from experimental data are commonly used. But they give a little conservative results because they do not consider the detailed geometrical effect of the compartment. This is the main reason of the need to mechanistic combustion model for evaluation of hydrogen flame propagation and acceleration. In this study, sigma-lambda criteria and combustion model were systematically applied to evaluate a possibility of DDT in a IRWST compartment of APR1400 nuclear power plant during a hypothetical accident. A combustion model in an open source CFD code OpenFOAM has been applied for analyses of hydrogen flame propagation. The model was validated by evaluating the flame acceleration tests conducted in FLAME facility. And it was applied to evaluate the characteristics of a hydrogen flame propagation in the IRWST compartment of APR1400.
It is well accepted that modem emulsion explosives are intrinsically much less sensitive than traditional products such as dynamites or black powder. However, they have still been involved in a significant number of accidental explosions. In October 1975, Canadian Research, Limited's, Energetic Research Laboratory in Quebec exploded. Although explanations for the incident varied, one logical explanation was that the pump used in transporting the emulsion dead headed, thereby turning mechanical work in to frictional heating under a zero flow rate. There is a minimum pressure required for combustion(MBP) to propagate in emulsion explosives. A stable deflagration may lead to a deflagration-to-detonation transition(DDT) in emulsion explosives. Tests were also performed on sensitized sampled consisting of 6 to 21% waters as well as 1 to 11% aluminium powder. It was founded the emulsion explosives consisting of 6% waters had the lowest minimum homing pressure(MBP) of 3 bar, and the 21% waters were unable to achieve sustained homing at pressures as high as 100 bar. The aluminium contained explosives tested here displayed a MBP higher than that of without emulsion. It appears that this test may offer a firm ground for the classification of emulsion explosives in view of the regulating the hazards associated with the various process used for their manufacturing and transport.
Hydrogen is considered to be the most important future energy carrier in many applications reducing significantly greenhouse gas emissions, but the explosion safety issues associated with hydrogen applications need to be investigated and fully understood to be applicable as the carrier. The risk associated with a explosion depends on an understanding of the impacts of the explosion, particularly the pressure-time history during the explosion. This work provides the effects of explosion parameters, such as specific heat ratio of burned and unburned gas, equilibrium maximum explosion pressure, and burning velocity, on the pressure-time history with flame growth model. The pressure-time history is dominantly depending on the burning velocity and equilibrium maximum explosion pressure of hydrogen-air mixture. The pressure rise rate increase with the burning velocity and equilibrium maximum explosion pressure. The specific heat ratio of unburned gas has more effect on the final explosion pressure increase rate than initial explosion pressure increase rate. However, the specific heat ratio of burned gas has more influence on initial explosion pressure increase rate. The flame speeds are obtained by fitting the experimental data sets. The flame speeds for hydrogen in air based on our experimental data is very low, making a transition from deflagration to detonation in a confined space unlikely under these conditions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.3
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pp.315-324
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2012
This paper presents a numerical investigation of the deflagration-to-detonation transition (DDT) of flame acceleration by a shock wave filled with an ethylene/air mixture as the combustible gas, considering geometrical changes by using obstacles and bent tubes. The model used consists of the reactive compressible Navier-Stokes equations and the ghost fluid method (GFM) for complex boundary treatment. Simulations with a variety of bent tubes with obstacles show the generation of hot spots through flame and strong shock-wave interactions, and restrained or accelerated flame propagation due to geometrical effects. In addition, the simulation results show that the DDT occurs with a nearly constant chemical heat-release rate of 20 MJ/($g{\bullet}s$) in our numerical setup. Furthermore, the DDT triggering time can be delayed by the absence of unreacted material together with insufficient pressures and temperatures induced by different flame shapes, although hot spots are formed in the same positions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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