Flame propagation characteristics of propane-air mixtures were experimentally investigated in constant-volume combustion chambers. Flame propagation process was observed as a function of mixture strength, initial mixture temperature and initial mixture pressure in quiescent mixtures. A cylindrical combustion chamber and a spherical combustion chamber contain a pair of parallel windows through which optical access into the chamber can be provided. Laser two beam deflection method was adopted to measure the local flame propagation, which gave information on the flame size and flame propagation speed. Pressure development was also measured by a piezoelectric pressure transducer to characterize combustion in quiescent mixtures. Burning velocity was calculated from flame propagation and pressure measurements. The effect of flow on flame propagation was also investigated under flowing mixture conditions. Laser two beam method was found to be feasible in measuring flame propagation of quiescent mixtures. Flame was observed to propagate faster with higher initial mixture temperature and lower initial pressure. Combustion duration was shortened in the highly turbulent flowing mixtures.
Propagation characteristics of tribrachial flames have been studied numerically in a two-dimensional fuel/oxidizer mixing layer. A flame is initiated by imposing a high temperature ignition source. Subsequent propagation of a tribrachial flame is traced. The flow redirection effect at the leading edge of a tribrachial flame increases the propagation speed beyond the corresponding stoichiometric laminar burning velocity. The effect of mixture fraction gradient on the propagation speed of a tribrachial flame is analyzed in a mixing layer considering that mixture fraction gradient increases as a tribrachial flame propagates toward upstream. As the flame curvature at the leading edge increases with decreasing mixture fraction gradient, the flow redirection effect becomes more pronounced on the flame propagation speed. As a result, the propagation speed of a tribrachial flame increases with decreasing mixture fraction gradient.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.4
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pp.23-32
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2002
Combustion and flame propagation characteristics of the liquid phase LPG injection (LPLI) engine were investigated in a single cylinder optical engine. Lean bum operation is needed to reduce thermal stress of exhaust manifold and engine knock in a heavy duty LPG engine. An LPLI system has advantages on lean operation. Optimized engine design parameters such as swirl, injection timing and piston geometry can improve lean bum performance with LPLI system. In this study, the effects of piston geometry along with injection timing and swirl ratio on flame propagation characteristics were investigated. A series of bottom-view flame images were taken from direct visualization using an W intensified high-speed CCD camera. Concepts of flame area speed, In addition to flame propagation patterns and thermodynamic heat release analysis, was introduced to analyze the flame propagation characteristics. The results show the correlation between the flame propagation characteristics, which is related to engine performance of lean region, and engine design parameters such as swirl ratio, piston geometry and injection timing. Stronger swirl resulted in foster flame propagation under open valve injection. The flame speed was significantly affected by injection timing under open valve injection conditions; supposedly due to the charge stratification. Piston geometry affected flame propagation through squish effects.
Ha, Ji-Soo;Kim, Tae-Kwon;Park, Jeong;Kim, Kyung-Ho
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.14
no.3
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pp.46-52
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2010
Flame propagation velocity is the one of the main mechanism of the stabilization of triple flame. To quantity the triple flame propagation velocity, Bilger presents the triple flame propagation velocity, depending on the mixture fraction gradient, based on the laminar jet flow theory. However, in spite of these many analyses, there has not been any attempt to quantify the triple flame propagation velocity with the flame radius of curvature and scalar dissipation rate. In the present research, there was discussion about the radius of flame curvature and scalar dissipation rate, through the numerical study. As a result, we have known that the flame propagation velocity was linear with the nozzle exit velocity and scalar dissipation rate decreases nonlinearly with the flame propagation velocity and radius of curvature of flame increases linearly. Also radius of curvature of flame decreases non-linearly with the scalar dissipation rate. Therefore, we ascertained that there was corelation among the scalar dissipation rate, radius of flame curvature and flame propagation velocity.
The effect of electric fields on the propagation speed of tribrachial flames has been investigated in a coflow jet by observing the transient flame propagation behavior after ignition. Without having electric fields, the propagation speed of tribrachial flame edges showed a typical behavior by having an inverse proportionality to the mixture fraction gradient at the flame edge. The behavior of flame propagation with the electric fields was investigated by applying high voltage to the central fuel nozzle and the enhancement of propagation speed has been observed by varying the applied voltage and frequency for AC electric fields. The propagation speed of tribrachial flame was also investigated by applying negative and positive DC voltages to the nozzle and similar improvements of the propagation speed were also observed. The propagation speeds of tribrachial flames in both the AC and DC electric fields were correlated well with the electric field intensity, defined by the electric voltage divided by the distance between the nozzle electrode and the edge of tribrachial flames.
Propagation speeds of turbulent premixed flames have been measured in a pulsed-flame flow reactor which generates flames propagating in nearly isotropic turbulent flow field with U'/$S_L$ ranging from 1.2 to 5.3. The measurement involved a high-speed digital imaging at 1000 frames/second to capture the flame propagation motion. In addition to the flame speed measurements, flame perimeter ratio was measured for comparison. The observed flame propagation speed is high ranging from 5 to 20 times the laminar flame speed for the range of U'/$S_L$. The flames observed at extreme equivalence ratios exhibit intermittent propagation in that only a small fraction of ignited flame kernel resulted in full propagation of the flame. Also, at low equivalence ratios the flame speed decreased substantially even at high turbulence intensities.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.12
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pp.1608-1614
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2000
For the purpose of obtaining fundamental data which is needed to develope combustion system of LPG engine, we made constant volume chamber and analyzed flame propagation characteristics under different intial temperature, initial pressure and equivalence ratio which affect combustion of LPG. We investigated flame propagation speed of each fuel using laser deflection method and compared with the investigated flame propagation speed of each fuel using laser deflection method and compared with the results of image processing of flame. As a result, the maximum flame propagation speed was found at equivalence ratio 1.0 and 1.1 for LPG and gasoline, respectively. In the lean region, we can see that flame propagation speed of LPG surpasses that of gasoline. On the contrary, flame propagation speed of gasoline surpasses LPG in the rich region. As initial temperature and initial pressure were higher, flame propagation speed was faster. And, as equivalence ratio was larger and initial temperature was higher, combustion duration was shorter and maximum combustion pressure was higher.
The objectives of the study are to investigate the effect of swirl on the flame propagation and to propose a flame propagation model that predicts the behavior of the flame front in the presence of significant swirl flow field by analyzing flame images pictured with a high speed digital video at idle. The velocity distribution of the charge in the cylinder was measured using an LDV measurement system. From the experimental results and analyses, a new flame propagation model is proposed in which flame frontal locations can be traced by superposing the convective flow field and the uniform expansion speed of the burned gas, and the proposed model reveals that the increase of the flame propagation speed on the presence of swirl motion within 1 ms after ignition is mainly due to the flame stretch, and mainly due to increased turbulence intensity later than 1 ms after ignition.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.9
no.1
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pp.45-56
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2001
A constant volume combustion chamber is employed to investigate the initial flame kernel development and flame propagation of gasoline-air mixtures with various ignition systems, ignition energy and spark plug electrodes. To do this research, four ignition systems are designed and manufactured, and the ignition energy is controlled by varying the dwell time. Several kinds of spark plugs are also made to analyze the effects of electrodes on flame kernel development. The velocity of flame propagation is measured by the laser deflection method. The output laser beam from He-Ne laser is divided into three parallel beams by a beam splitter. The splitted beams pass through the combustion chamber. They are deflected when contacted with flame front, and the voltage signals from photodiodes change due to deflection. The results show that higher ignition energy raises the flame propagation speed especially under the fuel lean operation. The wider electrode gap, smaller electrode diameter and sharper electrode tip make the speed of the initial flame propagation faster. The speed of the initial flame propagation is affected by electrode material as well. Electrode material with lower melting temperature help the initial flame propagation.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.35
no.2
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pp.204-215
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2011
Flame stability is the one of the main mechanism of laminar lifted flame and flame propagation velocity becomes a yardstick to measure the flame stability. Bilge has presented the flame propagation velocity of the triple flame and the flame stability mechanism related the flame configuration and mixture fraction. However, there was not able to observe all process of flame ignition and extinction for small nozzle diameter. In this paper, we have subdivided the flame configuration and stability mechanism and classified the flame behavior with a nozzle diameter. Also we have subdivided the 'triple flame propagation opened' and the 'triple flame propagation closed' from the triple flame propagation of triple flame criterion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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