The objective of present study is to understand the interaction of burning droplets in air stream for various droplet arrangement. The unsteady combustion of linearly arranged droplets with a convective flow has been studied numerically. The droplets with spacing of $5R_0\;to\;40R_0$ horizontally and with spacing of $4R_0\;to\;16R_0$ vertically are studied. The effects of Reynolds number, horizontal spacing, and vertical spacing on the interaction of burning droplets are examined. The results indicate that the droplet burning behavior is influenced by Reynolds number and relative location of droplets in the array. The interaction of droplets is increased for arrays with smaller droplet spacing. The vaporization of droplets in the array is varied with both horizontal and vertical spacing exponentially.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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v.y2005m4
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pp.208-211
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2005
In order to provide a useful data of combustion chamber design, a numerical analysis for spray combustion of fuel and oxidizer in combustion chamber has been conducted. As a spray model, the DSF model and the Euler-Lagrange scheme have been used. The change of droplet temperature has been calculated considering droplet heating. The coupling effects between and the gas phase the droplets, and between the gas phase and the evaporated vapor have been calculated using the PSIC model.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.6
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pp.389-395
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2017
This study was performed to provide the information of the soot formation behavior of octane single fuel droplet under the identical combustion conditions. To achieve this, this experimental study provide the results of the soot formation characteristics of octane droplet in accordance with different initial droplet diameter($d_0$), at the same time, experiment was conducted under the same combustion conditions which are 1.0atm of ambient pressure($P_{amb}$), 21% of oxygen concentration($O_2$) and 79% of nitrogen concentration($N_2$). Visualization of octane droplet combustion was performed by visualization system with high speed camera. The results of maximum soot volume fraction($f_{vmax}$) was almost the same under the equivalent ambient conditions regardless of initial droplet diameter. Furthermore, maximum soot volume fraction was showed the higher value in the measuring direction between $135^{\circ}$ and $315^{\circ}$ since the soot-tail is generated during two opposing igniters movement process.
A numerical study of high pressure and temperature droplet vaporization and combustion is conducted by formulating one dimensional evaporation model and single-step chemical reaction in the mixture of hydrocarbon fuel and air. The ambient pressure ranged from atmospheric conditions to the supercritical conditions. In order to account for the real gas effect on fluid p-v-T properties in high pressure conditions, the modified Soave-Redlich-Kwong state equation is used in the evaluation of thermophysical properties. Some computational results are compared with Sato's experimental data for the validation of calculations in case of vaporization. The comparison between predictions and experiments showed quite a good agreement. Droplet 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 burning characteristics of interacting droplets with internal circulation in a convective flow are numerically investigated at various particle arrangement and size difference. In this simulation some conditions are fixed, surround gas temperature is 1250K, pressure is 10 atm and drolet's initial temperature is 300K. The transient combustion of arranged droplets, the fixed droplet distances of 4 radii to 20 radii horizontally, is studied. And the range of size of droplet is 75${\mu}m$ to 100${\mu}m$. The results obtained from the present numerical analysis reveal that the transient flame configuration and retardation of droplet internal motion with the horizontal spacing substantially influence lifetime of interacting droplets. At a Reynolds number 10, lifetime of the three droplets with decreasing horizontal droplet spacing increases monotonically. But when droplet spacing decreases further to 4radii, Lifetime of interacting droplets are increase. So Lifetime of interacting droplets exhibits a strong dependence on the horizontal droplet spacing and size difference. It can be investigated well with these conditions to that of single burning droplet.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.12
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pp.3187-3195
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1993
Combustion of liquid-fuelled combustion in a high-temperature vitiated-air stream was studied. The mathematical formulation comprise the application of Eulerian conservation equation to the gas phase and Lagrangian equation of droplet motion. The latter is coupled with a droplet-tracking technique (PSI-CELL Model) which regard the droplet phase as a source of mass, momentum, and energy to the gaseous phase. Reaction rate is determined by taking into account the Arrhenius reaction rate based on a single-step reaction mechanism. The calculated profiles show somewhat uncertainess at the upstream, but bases data for designing the combustor followed by 2-phase flow were obtained.
To find the best combustion conditions in the heavy oil burner kinetic viscosity of heavy oil A, B and C at different temperature range, from 40 to 140$^{\circ}C$, and the droplet sizes of the heavy oils at different temperature and pump pressure were measured. And, combustion characteristics were investigated under the different conditions : two different heavy oil and three different oil temperature. At temperature of 70, 100, 130$^{\circ}C$ the kinetic viscosity of heavy oil A and B are 7.9, 5.7, 4.3 and 30.4, 13.7, 7.9cSt, respectively. The greatest and smallest viscosity were 7,455 cSt at C oil on 27$^{\circ}C$ and 4.26cSt at A oil on 140$^{\circ}C$. The magnitude of viscosity difference between at 100$^{\circ}C$ and 140$^{\circ}C$ under 6 cSt in cases of A and B oil, but more than 30cST on C oil. Of the droplet sizes, the biggest and smallest droplet size in A oil were 98$\mu\textrm{m}$ at oil temperature of 130$^{\circ}C$(4.3cSt), pump pressure of 1.57MPa and 72$\mu\textrm{m}$ at 70$^{\circ}C$(7.9cSt), 2.35MPa, respectively. It appeared that as spraying pressure increased the droplet size decreased, however, no distinct differences were found in the effects of kinetic viscosity on the droplet sizes of the test range. The best combustion performance was observed when droplet size, spraying pressure and oil temperature were 73$\mu\textrm{m}$, 2.35MPa and 70$^{\circ}C$ producing CO2 of 13.1%, CO of 13ppm and flue gas temperature of 250$^{\circ}C$ in A oil combustion For B oil, it was100$^{\circ}C$, 2.35MPa, 52$\mu\textrm{m}$, producing CO2 of 10ppm and flue gas temperature of 260$^{\circ}C$. In general, it appeared that better combustion results were observed in the smaller droplets produced burner condition.
The burning characteristics of interacting droplets with internal circulation in a convective flow are numerically investigated at various Reynolds numbers. The transient combustion of 2-dimensionally arranged droplets, both the fixed droplet distances of 5 radii to 40 radii horizontally and 4 radii to 24 radii vertically, is studied. The results obtained from the present numerical analysis reveal that the transient flame configuration and retardation of droplet internal motion with the horizontal or vertical droplet spacing substantially influence lifetime of interacting droplets. At a low Reynolds number, lifetime of the two droplets with decreasing horizontal droplet spacing increases monotonically, whereas their lifetime with decreasing vertical droplet spacing decreases due to flow acceleration. This flow acceleration effect is reversed when the vertical droplet spacing is smaller than 5 radii in which decreasing flame penetration depth causes the reduction of heat transfer from flame to droplets. At a high Reynolds number, however, lifetime of the first droplet is hardly affected by either the horizontal droplet spacing or flow acceleration effect. Lifetime with decreasing vertical droplet spacing increases due to reduction of flame penetration depth. Lifetime of interacting droplets exhibits a strong dependence on Reynolds number, the horizontal droplet spacing and the vertical droplet spacing and can be con-elated well with these conditions to that of single burning droplet.
Experimental investigation on flame spread of blended fuel droplet arrays has been conducted for droplet diameters of 1.0mm and 0.75mm using high-speed chemiluminescence images of OH radical. The flame spread rate is measured with blended fuel composition, droplet diameter, and droplet spacing. Flame spread is categorized into two: a continuous mode and an intermittent one. There exist a limit droplet spacing, above which flame does not spread, and a droplet spacing of maximum flame spread, which is closely related to flame diameter. It is seen that flame spread rate is mainly dependent upon the relative position of flame zone within a droplet spacing. In case of large droplet, the increase of % volume of Heptane induces the shift of limit droplet spacing to a larger spacing since volatile Heptane plays a role of an enhancer of flame spread rate. In case of small droplet, the increase of % volume of Heptane leads to the shift of limit droplet spacing to a smaller droplet spacing. This is so because of the delayed chemical reaction time by the rapid increase of mass flux of fuel vapor for small droplet.
The spray combustion and spray cooling depends on droplet evaporation. So, evaporation model for spray has been requested and lots of investigation has been done and various reliable models have been developed also for last few decades. In the present study, One dimensional quasi-steady spherically symmetric droplet evaporation model for micro-gravity is developed. The gas phase was assumed as steady state and the thermophysical properties are calculated as a function of temperature, pressure and composition and the properties used in the model was validated by NIST web data and overall evaporation history results was compared with experimental results by Nomura and Qasim and gave satisfactory agreements. Through this model, diverse phenomenon was investigated, especially regarding the effects of ambient pressure and temperature. The effects of pressure for the droplet evaporation time were studied. The high pressure increased the droplet surface temperature and made effect on the evaporation time depend on atmospheric temperature. The role of the ambient temperature was investigated and explained. The basic investigation for the evaporation process according to variation of droplet diameter and surface temperature were also investigated and the well-known phenomena, like D-square-law, were reported, too.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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