Park, Dea-Geun;Park, Jeong;Yun, Jin-Han;Keel, Sang-In
Journal of the Korean Society of Combustion
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v.13
no.4
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pp.16-25
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2008
Experiments have been conducted to clarify impacts of curtain flow and velocity ratio on low strain rate flame extinction, and to further display transition of shrinking flame disk to flame-hole. Critical mole fractions at flame extinction are examined in terms of velocity ratio, global strain rate, and nitrogen curtain flow rate. It is shown that multi-dimensional effects at low strain rate flames through global strain rate, velocity ratio, and curtain flowrate dominantly contribute to flame extinction and transition of shrinking flame disk to flame hole. Our concerns are particularly focused on the dynamic behavior of an edge flame in shrinking flame disk.
Park, Dae-Geun;Yun, Jin-Han;Park, Jeong;Keel, Sang-In
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.13
no.2
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pp.64-76
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2009
Experimental and numerical studies are conducted on the characteristics of flame extinction and edge flame oscillation in counterflow diffusion flames. The characteristics of flame extinction and edge flame oscillation are well described varying burner diameter, separation distance between two burners, global strain rate, and velocity ratio. It is verified numerically and experimentally that radial conduction heat loss significantly contributes to flame extinction and edge flame oscillation at low strain rate flames in zero- and micro-gravity. It is also shown that for appropriately small burner diameters flame extinction modes are grouped into four and these are significantly attributed to excessive radial conduction heat loss. The edge flame oscillation can be characterized well by one curve with Strouhal number and Peclet number.
The stabilization mechanism of turbulent, lifted jet flames in a non-premixed condition has been studied experimentally. The objectives are to explain the phenomenon of a liftoff height decreasing as increasing fuel velocity and to reveal the mechanisms of flame stability Hydrogen was varied from 100 to 300 m/s and a coaxial air was fixed at 16 m/s with a coflow air less than 0.1 m/s. The technique of PIV and OH PLIF was used simultaneously with CCD and ICCD cameras. It was found that the liftoff height of the jet decreased with an increased fuel jet exit velocity. The leading edge at the flame base was moving along the stoichiometric line. Finally we confirmed that the stabilization of lifted hydrogen diffusion flames is related with a turbulent intensity, which means combustion is occurred where the local flow velocity is equal to the turbulent flame propagation velocity.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.9
s.240
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pp.997-1005
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2005
The extinction characteristics of low strain rate normal gravity (1-g) nonpremixed methane-air flames were studied numerically and experimentally. A time-dependent axisymmetric two-dimensional (2D) model considering buoyancy effects and radiative heat transfer was developed to capture the structure and extinction limits of 1-g flames. One-dimensional (1D) computations were also conducted to provide information on 0-g flames. A 3-step global reaction mechanism was used in both the 1D and 2D computations to predict the measured extinction limit and flame temperature. A specific maximum heat release rate was introduced to quantify the local flame strength and to elucidate the extinction mechanism. Overall fractional contribution by each term in the energy equation to the heat release was evaluated to investigate the multi-dimensional structure and radiative extinction of 1-g flames. Images of flames were taken for comparison with the model calculation undergoing extinction. The two-dimensional numerical model was validated by comparing flame temperature profiles and extinction limits with experiments and ID computation results. The 2D computations yielded insight into the extinction mode and flame structure of 1-g flames. Two combustion regimes depending on the extinction mode were identified. Lateral heat loss effects and multi-dimensional flame structure were also found. At low strain rates of 1-g flame ('Regime A'), the flame is extinguished from the weak outer flame edge, which is attributed to multi-dimensional flame structure and flow field. At high strain rates, ('Regime B'), the flame extinction initiates near the flame centerline due to an increased diluent concentration in reaction zone, which is the same as the extinction mode of 1D flame. These two extinction modes could be clearly explained with the specific maximum heat release rate.
Kim Kang-Tae;Park Jun-Sung;Park Jeong;Kim Jeong-Soo;Keel Sang-In;Cho Han-Chang
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2006.05a
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pp.275-278
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2006
Systematic experiments in $CH_4/Air$ counterflow diffusion flames diluted with He have been undertaken to study the oscillatory instability in which lateral heat loss could be remarkable at low global strain rate. The oscillatory instability arises for Lewis numbers greater than unity and occurs near extinction condition. The dynamic behaviors of extinction in this configuration can be classified into three modes; growing, harmonic and decaying oscillation mode near extinction. As the global strain rate decreases, the amplitude of the oscillation becomes larger. This is caused by the increase of lateral heat loss which ran be confirmed by the reduction of lateral flame size. Oscillatory edge flame instabilities at low global strain rate are shown to be closely associated with not only Lewis number but also heat loss (radiation and lateral heat loss).
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2006.05a
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pp.279-282
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2006
Experiments in low strain rate methane-air counterflow diffusion flames diluted with $CO_2$ have been conducted to investigate the flame extinction behavior and edge flame oscillation The critical mole fraction at flame extinction is examined in terms of velocity ratio and global strain rate. Onset conditions of the edge flame oscillation and the relevant modes are also provided with global strain rate. It is observed that flame length is intimately relevant to lateral heat loss, and this affects flame extinction and edge flame oscillation considerably. Edge flame oscillations are categorized into three: a growing-, a decaying-, and a harmonic-oscillation mode.
The morphology of deposits on $15-{\mu}m$ thin SiC filaments has been investigated with SEM and compared with UV-excited laser induced broadband fluorescences in co-flowing, propane laminar diffusion flames in a reduced oxidizer environment. The homogeneous morphology of droplet-like deposits inner flame zone and the agglomeration of condensed-phase deposits and the transition to soots from grown up droplet-like precursors with approaching the flame surface can be observed in a barely sooting flame. The average size of the mature soots deposited in the luminous flame edge is scarcely dependent on their axial position in a confined flame under reduced oxidizer condition. A double structure of PAH fluorescence is observed in near-extinction flames with further decreasing of oxidizer. A comparison of the PAH fluorescence with the morphologies of deposits indicates that appearance of the "dark" hollow zone is caused by a decreased number density of developed liquid-phase large molecules and the outer weak fluorescence zone is caused by the diffusion of gas-phase small molecules.
Leading edge statistics are obtained by direct numerical simulation(DNS) of freely propagating incompressible and stagnating compressible turbulent premixed flames. Conditional averages of velocities in terms of reaction progress variable, c, and local flame surface density, ${\sum}^{\prime}_f$, are defined and compared through the flame brush. It holds asymptotically that $<u>_f=<S_d>_f$ and $<u>_u-<u>_b=D_t/L_w$ with the characteristic length scale of $\bar{c}$ variation, $L_w$. It also holds that $<u>_b=<u>_f$ for a freely propagating flame under no mean strain rate. The turbulent burning velocity, $S_T$, is determined by the conditional statistics at the leading edge under large activation energy.
Park, Jin Wook;Park, Jeong;Yun, Jin-Han;Keel, Sang-In
한국연소학회:학술대회논문집
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2014.11a
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pp.379-381
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2014
Influence of fuel concentration gradient was investigated near flame extinction limit in buoyancy-suppressed non-premixed counterflow flame with triple co-flow burner. The use of He curtain flow produced a microgravity level of $10^{-2}-10^{-3}g$ in He-diluted non-premixed counter triple co-flow flame experiments. Flame stability map was presented based on flame extinction and oscillation near extinction limit. The stability map via critical diluent mole fraction with global strain rate was represented by varying outer and inner He-diluted mole fractions. The flame extinction modes could be classified into five: an extinction through the shrinkage of the outmost edge flame forward the flame center with and without self-excitation, respectively ((I) and (II)), an extinction via the rapid expansion of a flame hole while the outmost edge flame is stationary (III), both the outermost and the center edge flames oscillate, and then a donut shaped flame is formed or the flame is entirely extinguished (IV), a shrinkage of the outermost edge flame without self-excitation followed by shrinking or sustain the inner flame (V).
Kim Kang-Tae;Park June-Sung;Kim Jeong-Soo;Oh Chang-Bo;Keel Sang-In;Park Jeong
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.4
s.247
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pp.343-349
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2006
Systematic experiments in $CH_4/Air$ counterflow diffusion flames diluted with He have been undertaken to study the oscillatory instability in which lateral flame size was less than burner nozzle diameter and thus lateral heat loss could be remarkable at low global strain rate. The oscillatory instability arises for Lewis numbers greater than unity and occurs near extinction condition. The oscillation is the direct outcome from the advancing and retreating edge flame. The dynamic behaviors of extinction in this configuration can be classified into three modes; growing, harmonic and decaying oscillation mode near extinction. As the global strain rate decreases, the amplitude of the oscillation becomes larger. This is caused by the increase of lateral heat loss which can be confirmed by the reduction of lateral flame size. Oscillatory edge flame instabilities at low global strain rate are shown to be closely associated with not only Lewis number but also heat loss (radiation and lateral heat loss).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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