The burning characteristics of interacting spherical droplet in a turbulent flow are numerically investigated. The transient combustion of 3-dimensionally arranged droplets, both the fixed streamwise droplet distances of 3 radii and 10 radii and different turbulence intensities, is studied. The results obtained from the present numerical analysis show that droplet vaporization rate for heptane droplet is insensitive to turbulence intensity, and that the transient flame configuration and retardation of droplet surface temperature augmentation with streamwise droplet spacing substantially influence vaporization process of interacting droplets. Single flame mode in which individual flames are merged into single flame, with decreasing streamwise droplet spacing, becomes faster. Therefore, vaporization rate of the second droplet with decreasing streamwise droplet spacing decreases remarkably with flame movement.
Combustion characteristics of a 1-butanol gel fuel were studied in atmospheric pressure condition. The butanol gel fuel was manufactured by adding hydroxypropyl-methyl cellulose (HPMC) as a gellant and the effect of the gellant concentration was observed. The combustion process of a single butanol gel droplet was divided into 3 stages including droplet heating, microexplosion, and gellant combustion. The flame was distorted compared to butanol + water mixture because of micro-explosion during the combustion. Increase of gellant concentration delayed the droplet ignition, but the combustion rate was improved due to the mass ejection during the micro-explosion.
Droplet combustion at high ambient pressures is studied numerically by formulating one dimensional combustion model in the mixture of n-heptane fuel and air. The ambient pressure is supercritical conditions. The modified Soave-Redlich-Kwong state equation is used in the evaluation of thermophysical properties to account for the real gas effect on fluid p-v-T properties in high pressure conditions. Non-ideal thermodynamic and transport property at near critical and supercritical conditions are also considered. Several parametric studies are performed by changing ambient pressure and initial droplet diameter. Droplet lifetime decreased with increasing pressure. Surface temperature increased with increasing pressure. Ignition time increased with increasing initial droplet diameter. Temporal or spatial distribution of mass fraction, mass diffusivity, Lewis number, thermal conductivity, and specific heat were presented.
The objectives of this study was to examine experimentally the microexplosion phenomena of single droplet W/O(water-in-oil) type emulsified fuel. Also, measured the combustion characteristics of single droplet emulsified fuel for microexplosion phenomena in atmospheric pressure condition. The larger quantity of adding water makes microexplosion phenomenon with higher intensity of sound level, because larger water droplet has better coalescence for emulsified fuel. The small quantity of adding water makes puffing with lower sound level intensity. In latter period of extinction, large size droplet of the emulsified fuel breaks down rapidly to small size droplet, and microexplosion phenomenon occurs with multi step combustion.
예혼합 분무화염의 유적군 연소 기구를 평가하기 위하여 레이저 가시화법, MICRO (multi-color integrated Cassegrain receiving optics) 및 PDA (phase Doppler anemometer) 광학계측 시스템을 이용하여 동시 시계열 계측을 실시하였다. 또한 유적군의 군연소수를 실험적으로 산출하여 이론해석에 적용하였을 경우 실제로 관찰되는 군연소 형태와 일치하는지에 대하여 검토하였다. 유적군 단면화상에 의해 확인된 모든 유적군에 대하여 실험적으로 군연소수 $G_c$를 산출한 결과 주로 내부 군연소와 외부 군연소로 분류되었으며 이론해석과 일치하였다. 또한 실제 관찰된 군연소 형태와 그 유적군의 군연소수를 이론해석에 적용한 경우에 군연소 형태가 일치하는 경우와 일치하지 않는 경우가 있었다. 일치하지 않는 원인은 군연소수를 유적의 기하학적 배치만으로 결정한 것이나 현상의 3차원성이 측정 결과에 영향을 미친 것이라고 생각되어진다.
As the combustion process of CWM consists of the water evaporation, the release and combustion of volatile matter, and the combustion of char for every particle, it is more complex than that of existent liquid fuel. Though the many studies on CWM combustion have been carried out by the single droplet using hanging methods or the multiple droplet using atomization methods, any report don't presents definite solution about the effects by the initial water evaporation and combustion of volatile. When CWM is suddenly exposed in the high temperature surroundings, the internal water evaporates and then each droplet builds up pores. Besides, porosity rate changes along the temperature of surroundings, the composition ratio of CWM, and the initial diameter of droplet. In result, because it affects the whole combustion rate, the combustion of CWM has complex mechanism as compared with the combustion of liquid or gas fuel. Therefore, concentrating on porous structure of CWM, this study has proceeded to acquire the basic data on the CWM injection combustion and closely examines the effects of the first stage combustion on the whole combustion by measuring the diameter variations, pore rate, mass fraction burned, and the internal temperature changes of CWM droplet. The results demonstrate that $60{\sim}70%$ of initial mass is reduced during water evaporation and volatile combustion period, and swelling rate, mass faction burned, and density variation are greatly concerned with atomization of CWM etc.
Recently, many researchers make a great effort to develop high efficient marine diesel engines using low grade heavy oil, and also study substitution fuel oil for engines and boilers. In case of Fisheries Vessels, we need to know that fish oil can be substituted for fuel oil. Therefore, it is studied that evaporation, ignition and combustion phenomena of the single droplet of fish oils (i.e., Sardine fish oil, File fish oil and Alaska pollac oil) on heated plane surface to evaluate appropriateness as substitution oil. Methanol and light oil are tested simultaneously to help the evaluation on these Fish oils. The results are summarized as follows: 1. The type of evaporation and combustion is spherical evaporation in case of methanol and light oil. And fish oil blended with light oil was finished after spherical evaporation happen when high temperature. 2. Ignition of Pure fish oil was shorter than that of fish oil blended with light oil. 3. Heat transferred to droplet could make qualitative comparison by contact diameter of droplet with hot surface as time changes. Life time of droplet according to the change of heated surface temperature was greatly influenced by droplet contact condition on the heated surface. 4. As far as combustion phenomena was concerned, apparent diameter of the fish oil droplet increased after ignition and decreased suddenly by internal boiling of droplet. 5. Three fish oils had similar phenomena on the evaporation, ignition and combustion. 6. Evaporation and combustion feature of fish oil could not be shown by coefficient of evaporation velocity of droplet and coefficient of combustion velocity of droplet.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제30권5호
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pp.552-561
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2006
The single droplet combustion characteristics of diesel fuel and low quality oil with additive oxygenate and paraffin under high ambient temperature and atmospheric pressure were investigated in the study. The results of the study may are concluded as follows: In the combustion of diesel fuel and low quality oil droplet with additive of oxygenate and paraffin. the dimensionless droplet size of $(D/Do)^2$ was linearly decreased with time. A fuel droplet with low boiling temperature additives and in high boiling temperature base fuel evaporates and burns faster than usual base fuel. Especially. these trends were remarkably obtained by decreasing boiling point and increasing blending contents of additives in case of oxygenated agents rather than n-paraffin agents. This rapid burning may result from so-called 'micro-explosion' and its burning intensity varies with the types of additives. The results above may suggest that rapid evaporation of oxygenate additive in the middle stage of combustion can contribute much to combustion improvement of blended fuels.
Evaporation characteristics of a single droplet of carbon nanofluids were investigated in a rapid compression machine(RCM). n-Heptane and carbon black N990 were used to synthesize the carbon nanofluids. RCM is an experimental set-up to simulate a single compression stroke of reciprocating engine. Temperature and pressure in a reaction chamber were measured during the compression stroke. After the piston reaches top dead center(TDC), temperature and pressure decreased due to the heat loss at wall. In that process, a single droplet of carbon nanofluids underwent unsteady condition. A single droplet was put at the center of reaction chamber. Thermocouple whose tip is $50{\mu}m$ was used not only to measure transient bulk temperature, but also to suspend the droplet. The picture of single droplet was taken using high speed camera with a frame rate of 500 fps. From those pictures, the droplet diameter was measured by visual basic program.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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