Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제25권1호
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pp.115-123
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2001
This study describes the combustion characteristics under various condition of air excess ratio and ignition timing in a 2-valve gasoline optically accessible engine with swirl control valve(SCV). It adapted three different types of SCA(open ration 72.5%, 78%, 89%) to strengthen a swirl flow. Pressure data were acquired using pressure sensor to investigate the effect of swirl flow on combustion, and from these pressure data, IMEP(indicated mean effective pressure) and MFB(mass fraction burnt)were calculated to explain burn rate and flame speed. From acquired flame images, inspected the flame propagation direction, flame area, and flame centroid, Flame propagation direction was shown different tendency between with/without SCV, and flame area with SCV was faster and larger than that of conventional engine. Finally, the representative flame image at each crank angle were acquired by PDF method to verify flame growth process. It is found that strengthened swirl flow is more beneficial for faster and stable combustion.
The lift-off characteristics of the triple flame have been studied experimentally with various mean velocities and concentration gradients using a multi-slot burner, which can control the concentration gradient and the mean velocity independently, Lift-off height, axial maximum velocity, flame temperature, and some other characteristics were examined for methane and propane flame, It was found that minimum values of the lift-off heights exist at a certain concentration gradient for constant mean velocity, and this result implies that the propagation velocity has a maximum value at this condition, OH radical distribution was measured with LIF method and velocity variation along streamline was measured with PlV system. In addition maximum temperature along streamline was measured with CARS system. The intensity of the diffusion flame affects on the propagation velocity of triple flame in the region of very weak concentration gradient.
The level surface approach for following flame front propagating in a premixed medium is adapted to incorporate the flameholding scheme. This allows one to follow the flameholding scheme. This allows one to follow the motion of an N-1 dimensional surface in N space dimensions. The flame speed may be an arbitrary function of flame geometry and the front is passively advected by an underlying flow field. This algorithm provides and accurate calculation of the flame curvature which may be needed for the flame propagation computation and thereby the estimation of curvature-dependent flame speeds. A numerical demonstration of this method-ology is applied to simulate the excursion of an anchored V-flame and locate the final equilibrium position.
The characteristics of flame propagation in inert particle-laden $H_2$/Air premixed gas are numerically investigated on this study. The 2nd order TVD scheme is applied to numerical analysis of governing equations and multi-step chemical reaction model and detailed transport properties are sued to solve chemical reaction terms. Radiation heat transfer is computed by applying the finite volume method to a radiative transfer equation. The burning velocities against the mole fractions of hydrogen agree well with results performed by different workers. The inert particles play significant roles in the flame propagation on account of momentum and heat transfer between gas and particles. Gas temperature, pressure and flame propagation speed are decreased as the loading ratio of particle is increased. Also the products behind flame zone contain lots of water vapor whose absorption coefficient is much larger than that of unburned gas. Thus, the radiation effect of gas and particles must be considered simultaneously for the flame propagation in a mixture of $H_2$/Air and inert particles. As a result, it is founded that because the water vapor emits much radiation and this emitted radiation is released at boundaries as radiant heat loss as well as reabsorbed by gas and particles, flame propagation speed and flame structure are altered with radiation effect.
Oxy-fuel combustion of pulverized coal is one of the promising new technologies to reduce $CO_2$ and NOx from coal combustion. However, the stability of pulverized coal flame is reduced in the oxy-fuel combustion. This flame stability is concerned with the flame propagation that is affected by surrounding gas and coal characteristics, such as gas temperature, gas composition, coal volatile, coal activation energy and coal size. In this paper, a study on the influence of surrounding gas and coal characteristics on the flame propagation velocity in oxy-fuel combustion of pulverized coal was preformed. One dimensional model was used to calculate the flame propagation velocity of pulverized coal clouds. In this model, the radiation is considered to be the main source of heat exchange, and Monte Carlo method was adopted for accurate calculation of radiation heat flux. It was found that the flame propagation velocity become higher with the decrease of coal activation energy and the increase of coal volatile. Also, according to the increase of gas temperature and $O_2$ concentration, flame propagation velocity increased.
Initial flame development and propagation were visualized under the new ignition system developed to estimate the effects of ignition characteristics on the engine performance in a port injection SI engine. Effects of intake air flow characteristics were also investigated by three different kinds of the swirl control valve. Experiments were performed in an optical single cylinder engine modified form a commercial engine. Flame images were captured through the quartz window mounted in the piston by the high speed video camera and analyzed to compare initial flame development. Results show that IMEP tends to rise slightly as the ignition duration gets longer. The direction of flame propagation is decisively governed by the in-cylinder flow motion. Every flame grows toward the exhaust valve forming a kind of turbulent flame. Initial flame propaagation characteristics are very similar to ones analyzed form pressure data.
In this study, the effects of water vapor in inlet air, spark advance and fuel type in the spark ignition engine were investigated through the experiments of combustion and flame arriving pattern analysis using ionization probe. The results of flame propagation experiment using ionization probe show that the flame which ignited from spark plug located at the center of the combustion chamber propagated faster in exhaust side than in intake side due to the mixture flow motion inducted into combustion chamber from intake tumble port at all conditions. And as the partial vapor pressure increased, the flame propagation became slower in all direction. Especially effects were greater for intake side than the exhaust side.
For the SI engines, at only full load, the pumping loss has a negligible effect, while at part load conditions, the pumping loss increases. To avoid the pumping loss, the spark-ignited engines are designed to inject gasoline directly into the combustion chamber. In the spark-ignited direct-injection engines, ignition probability is important for successful combustion and the flame propagation characteristics are also different from that of pre-mixed combustion. In this paper, a visualization experiment system is designed to study the ignition probability and combustion flame characteristics of spark-ignited direct-injection CNG fuel. The visualization system is composed of a combustion chamber, fuel supply system, air supply system, electronic control system and data acquisition system. It is found that ambient pressure, ambient temperature and ambient air flow velocity are important parameters which affect the ignition probability of CNG-air mixture and flame propagation characteristics and the injected CNG fuel can be ignited directly by a spark-plug under proper ambient conditions. For all cases of successful ignition, the flame propagation images were digitally recorded with an intensified CCD camera and the flame propagation characteristics were analyzed.
부상화염에 대한 연소반응 유동 수치해석을 수행하여 부상높이에 대한 기존 연구 결과들과 비교를 통하여 수치해석 결과의 신뢰성을 검정하였다. 화염전파속도를 결정하는 유동방향변환점을 기존의 연구에서처럼 연료분출속도에 상관없이 일률적인 위치로 선정할 경우 많은 오차를 유발하기 때문에 본 연구에서는 부상화염에서 이론당량비선을 따라 유동속도와 스칼라 소산율 특성을 살펴보았고 화염전파속도를 선정하는 유동방향변환점을 타당하게 선정하는 방법을 정립하였다. 이를 토대로 화염전파속도와 스칼라소산율의 관계식을 도출하여 부상화염에서 화염전파속도 특성을 규명하였다.
In order to investigate the effects of three different electrostatic discharge energies on gas explosions, a high-speed PIV system has been applied. The present study paid attention to the flame initiation by the gas explosions and its propagation at the existence of an obstacle within a chamber. Three different ignition energies such as 0.56 mJ, 52.87 mJ and 112.5 mJ were used. It is found that the ignition kernel is bent by the electrostatic discharge during the flame initiation. Tangential velocities of unburnt mixture ahead of initially propagating flame fronts are increased with increasing ignition energy, which makes the flame propagation faster before it reaches the obstacle. Although the flame speed was found to be less sensitive to the ignition energies, the flame developments were different. The effects of the energies on explosion pressures were also discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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