Multi-hole type oxygen combustion burner was developed for industrial gasification and smelting furnace. We investigated characteristics of flame, radiation transfer, and soot emission in the convectional oxygen burner with respect to the feeding condition of fuel and oxygen. Regarding the results of the conventional burner, we designed new burners which have larger fuel consumption rate and radiation heat transfer. We changed the size and hole number and shape of the exit plane of the burner. In addition, the performance of the burner was tested with respect to the feeding condition of the fuel and air: Normal Diffusion flame(NDF) and Inverse Diffusion Flame(IDF). We investigated the flame configuration, radiation heat transfer, and soot formation by using a CCD camera, heat flux meter, and Laser Induced Incadescence(LII), respectively. The stable operating condition was obtained by the flame configuration and the flame of the burner which has dented exit plane was more stable in whole operating conditions. The characteristics of radiative heat transfer were sensitive to the feeding condition of reactants and the flame of 75% primary oxygen and 25% secondary oxygen of the IDF case shows maximum radiation heat transfer. The soot volume fraction of the flame was measured in the axial direction of the flame and the amount of soot volume fraction is proportion to the radiation heat transfer. As a result, we can get the optimal operating condition of the newly designed burner which enhances the characteristics of flame stabilization and radiation heat transfer.
The dynamic behaviors of the single vortex and flame-vortex interaction in a $CH_4/Air$ diffusion flame with addition of $CO_2$ were investigated numerically. The numerical method was based on a predictor-corrector for low Mach number flow. A two-step global reaction mechanism was adopted as a combustion model. Through comparison of results by effect of $CO_2$ added either on the fuel or oxidizer side, it was found that the growth of single vortex and entrainment of surrounding fluid by $CO_2$addition on the fuel side are larger than those by $CO_2$ addition on oxidizer side. Also, when $CO_2$ is added on fuel side, flame-vortex interaction becomes more significant than on air side.
The thin SiC filament technique has been employed to identify the possibility of measuring flame temperature, and especially unstable near-extinction flame temperature in an oxidizer deficient ambience, by comparing the relative visible (non-IR) luminosities of SiC filaments with thermocouple measured temperature in co-flowing, laminar propane/air diffusion flames. The results show good agreement between the digitized relative visible luminosity profiles of the SiC filaments and temperature profiles measured using a thermocouple at temperatures above $700^{\circ}C$, although, a non-linear calibration is probably required far the whole temperature range. The highest radial peak temperature exists near to the nozzle exit. and the centerline temperatures were virtually unchanged with increasing flame height in an oxidizer deficient near-extinction flame.
A promising new approach to achieve low pollutants emission and improvement of flame stabilities is tested experimentally using a hybrid cyclone jet combustor employing both premixed and diffusion combustion mode, Three kind of nozzles are used for LNG(Liquified Natural Gas) as a fuel. The combustor is operated by two method, One is ATI(Air Tangential Injection) mode, generated swirl flow by air as general swirl combustor, and the other is PTI(Premixed gas Tangential Injection) mode, The PTI mode consists of diffusion flame of axial direction and premixed cyclone flame of tangential direction in order to stabilized the diffusion flame. The results showed that the stable region of the PTI mode is more larger than the ATI mode. In addition, the reduction of NOx emission in PTI mode, as compared with that for the ATI mode is at least 50% in stable region. Also, even using the low calorific fuel as $CO_2$-blended gas, the cyclone jet combustor has high performance of flame stability.
A theoretical study for the laminar round jet diffusion flame impinging on the wall was carried out to predict the characteristics and structure of impinging jet flame and heat transfer to the wall. Finite chemistry via Arrhenius equation was adopted as the combustion model. All the transport properties were considered as the variable depending on the temperature and composition. For the parametric study, the distance from nozzle to perpendicular wall and Reynolds number at nozzle exit were chosen as the major parameters. As the results of the present study, the characteristics of flow field and the distributions of temperature, density and each chemical species were obtained. The heat transfer rate from flame to the wall and the effective heating area were calculated to investigate the influence of the major parameters on the heat transfer characteristics.
Lots of techniques are adopted for a flame stabilization and a high-load combustion. But the techniques being used were passive control method which have to change combustor shape like pilot flame, flame stabilizer, pressure profile, etc. Active control method which is not necessary to transform its shape is employed. Acoustical excitation is broadly used for its convenience in changing frequency and intensity. Both acoustical excitation and flame stabilizers were adopted to study their relationship. So, we investigated flammability limits. Flame visualization. And mean temperature in the condition of various frequencies, intensities, and flame stabilizers. As a consequence, flammability limit were advanced in acoustically excited flame at some frequencies. Coherent structure was extended to the downstream region through acoustical excitation and a size of vortice was curtailed. Also width of recirculation zone was magnified. In addition, Effects of acoustical excitation was stood out at 25mm flame stabilizer rather than another ones.
In the paper we investigate characteristics of a transitional behavior from a premixed flame to a triple flame in a lifted flame according to the change of equivalence ratio. In previous study, we showed that the stabilized laminar lifted flame regime is categorized by regimes of premixed flame, triple flame and critical flame. A gas-chromatograph is used to measure concentration field, a smoke-wire system is used to measure streak line, and a PIV system is used to measure velocity field in lifted flame. In the visualization experiment of smoke wire, the flow divergence and redirection reappeared in premixed flame as well as triple flame. Thus we cannot express the flame front of lifted flame has a behavior of triple flame with only flow divergence and redirection. In PIV measurement, flow velocity for those three flames has minimum value at the tip of flame front. To differentiate triple flame and premixed flame, $\Phi$ value of partially premixed fraction is employed. The partially premixed fraction $\Phi$ was constant in premixed flame. In critical flame small gradient appears over the whole regime. In triple flame, typical diffusion flame shape is obtained as parabolic distribution type due to diffusion flame trailing.
Direct numerical simulations(DNS) were performed for the prediction of transient buoyant jet diffusion flames where the Froude numbers(Fr) are 5 and 160, respectively. The thermodynamic and transport properties were evaluated using CHEMKIN package to enhance the prediction performance of the DNS code. The simulated buoyant jet diffusion flame of Fr=5 and 160 showed the transient, dynamic motion well. It was identified that the buoyant jet flames were flickered periodically, and the simulated flickering frequency of the jet diffusion flame of Fr=5 was 12.5Hz, which was in good agreement with the experimental results. The flamelet structures of the buoyant jet diffusion flames could be well understood by comparing the scalar dissipation rates(SDR) and the heat release rates(HRR) of the flames. It was found that the SDR was strongly coupled with the HRR in the buoyant jet diffusion flames.
전단 동축형 인젝터를 통해 분사된 친환경 이원추진제 기체메탄-기체산소의 연소특성을 규명하기 위한 연구를 수행하였다. DSLR카메라를 이용하여 다양한 연소조건에서 화염을 촬영하였고, 이미지 후처리 기법을 통해 화염형상을 정량화한 후 그 특성을 분석하였다. 안정화 관점에서 확산화염은 anchored flame regime과 blow-off regime으로 구분될 수 있었으며, 산화제 레이놀즈 수($Re_o$)가 증가함에 따라 부착화염의 형성, 화염의 길이가 증가하는 경향을 나타냈다. 본 실험에 이용된 전단 동축형 인젝터는 추진제 제트의 운동량 확산에만 종속하고 그리 양호하지 않은 혼합으로 인해 분사방향으로 길이가 긴 화염을 형성하게 되므로 보다 큰 연소실 길이직경비가 요구됨을 확인할 수 있었다.
We investigate the flame behavior and spatial distribution of OH, PAHs and soot in a confined buoyant diffusion flame with decrease of the coflowing air flow rate. Direct photographs and Schlieren images represent that flame is Ally occupied by blue flame and becomes unstable, which is partially detached to the fuel nozzle tip in a near extinction flame under extremely reduced oxidizer condition. Laser induced fluorescence profiles clearly shows that OH is still generated in near-extinction flame, although intensity becomes weak with decreasing air flow rate. But soot scattering image cannot be seen any more in an oxidizer deficient ambience and simultaneously the PAHs are widely distributed downstream. These results are due to that a decrease of oxygen concentration in the combustion chamber leads to a temperature drop of flame, as a consequence, to a delay in soot growth and to a expanding of the PAHs, as soot precursors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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