Silica(SiO2) nanoparticles are used as additives in plastics and rubbers to improve mechanical, electrical, magnetic properties and optical material. Silica nanoparticles were synthesized by the gas phase thermal oxidation of several kinds of precursors in many types of reactor. Diffusion flame reactor has some advantages compared with other types of reactors. In this study, we investigated the generation of silica nanoparticles on the effect of residence time by tetraethylothosilicate(TEOS) in a turbulent diffusion flame reactor controlled by providing reactant flowrate and reactor geometry affect particle morphology, particle size and particle size distribution. To determine the flame residence time, flame length should be determined which was examined by ICCD image. Particle size, distribution and morphology were performed with TEM.
We prepared the nano-sized $TiO_2$ particles by the diffusion flame reactor and investigated the effects of several process variables on the generation and transport properties of $TiO_2$ particle. As the length from the tip of diffusion flame reactor increases, the size of $TiO_2$ particle increases by the coagulation between particles. The structure of $TiO_2$ particles prepared is almost found to be anatase. It was found that the $TiO_2$ particle size depends more largely on the change of reactor temperature than on the change of inlet $TiCl_4$ concentration.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.5
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pp.687-694
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1999
An experimental study was carried out in two laboratory-scale reactors to investigate the effect of heating rate on the behavior of flame front in a pulverized coal flame. Each. reactors had different heating mechanisms. For reactor A losing large heat through transparent quartz wall. pulverized coal particles were ignited by secondary air of 1050K. Flame front could be visualized through the transparent wall. Reactor B was insulated with castable refractory to minimize the heat loss through the reactor wall and accompanied with secondary air of 573K. Flame front was estimated from the gas temperature and species concentration measured using R-type thermocouple(Pt-Pt/Rh 13%) and gas chromatograph at various coal-air ratios and swirl intensities. The flame front position was closely related with the magnitude of heating rate. The heating rate for lifted flame was of the order of $10^4$ to $10^5K/s$ and for coal Ignition at least over $10^4K/s$. The heating mechanism had little impact on the extinction limits. The weak swirl number of 0.68 forced the flame front to move toward the upstream by the rapid mixing of coal and air. The primary/secondary momentum ratio was an inappropriate variable to distinct the liftoff of flame.
In order to analyze the sensitivity on the pulverized coal flames of the several variables, a numerical study was conducted at the gasification process. Eulerian approach is used for the gas phase, whereas lagrangian approach is used for the solid phase. Turbulence is modeled using the standard $k-{\varepsilon}$ model. The turbulent combustion incorporates eddy dissipation model. The radiation was solved using a Monte-Carlo method. One-step two-reaction model was employed for the devolatilization of Kideco coal. In pulverized flame of long liftoff height, the initial turbulent intensity seriously affects the position of flame front. The radiation heat transfer and wall heat loss ratio distort the temperature distributions along the reactor wall, but do not influence the reactor performance such as coal conversion, residence time and flame front position. The primary/secondary momentum ratio affects the position of flame front, but the coal burnout is only slightly influenced. The momentum ratio is a variable only associated with the flame stabilization such as flame front position. The addition of steam in the reactor has a detrimental effect on all the aspects, particularly reactor temperature and coal burnout.
We prepared the nano-sized $TiO_2$ particles by the diffusion flame reactor and investigated the effects of several process variables on the generation and transport properties of $TiO_2$ particle. As the length from the tip of diffusion flame reactor increases, the size of $TiO_2$ particle increases by the coagulation between particles. The structure of $TiO_2$ particles prepared is almost found to be anatase. It was found that the $TiO_2$ particle size depends more largely on the change of reactor temperature than on the change of inlet $TiCl_4$ concentration. By the photo-degradation experiment of phenol and toluene with the prepared $TiO_2$ particles, we found that the photo-degradation efficiencies of phenol and toluene change, depending on the process variables such as size of $TiO_2$ photocatlysts, concentration of phenol or toluene. Degradation efficiencies of phenol and toluene was above 90% in our experiments in 60 minutes.
Nano-sized $TiO_2$ particles were produced by a premixed flame aerosol reactor, and they were immobilized on a mesh-type substrate in form of particulate film. The reactor made it possible maintaining the original particulate characteristics determined in the flame synthetic process. The particulate morphology and crystalline phase were not changed until the particulate were finally coated on the substrate, which resulted in the better performance of the photocatalytic conversion of the volatile organic compounds (VOCs) in the ultraviolet $(UV)-TiO_2$ system. In the flame aerosol reactor, the various specific surface areas and the anatase weight fractions of the synthesized particles were obtained by manipulating the parameters in the combustion process. The performance of the $TiO_2$ particulate films was evaluated for the destruction of the VOCs under the various UV irradiation conditions. The decomposition rates of benzene and formaldehyde under the irradiation of UV-C of 254 nm in wavelength were evaluated to check the performance of $TiO_2$ film layer to be applied in air quality control system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.4
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pp.365-373
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2010
A chemical reactor model (CRM) was developed for a jet stirred reactor (JSR) to predict the emission of exhaust such as NOx. In this study, a two-PSR model was chosen as the chemical reactor model for the JSR. The predictions of NO formation in lean premixed methane-air combustion in the JSR were carried out by using CHEMKIN and GRI 3.0 methane-air combustion mechanism which include the four NO formation mechanisms. The calculated results were compared with Rutar's experimental data for the validation of the model. The effects of important parameters on NO formation and the contributions of the four NO pathways were investigated. In the flame region, the major pathway is the prompt mechanism, and in the post flame region, the major pathway is the Zelodovich mechanism. Under the lean premixed condition, the N2O mechanism is the important pathway in both flame and postflame regions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.12
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pp.1257-1264
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2011
This paper presents 3D simulation by STAR-CCM+ for lean premixed combustion in a stationary gas turbine combustor with separate pilot and main nozzles. The constant for the source term in the flame area density transport equation was modified to account for a low global equivalence ratio and validated against measurement data. A Partially-premixed Coherent Flame Model(PCFM) involves propagation of a laminar premixed flame with the predicted flame surface density and equilibrium assumption in the burned gas with spatial inhomogeneity. The conditions for cooling by radiation and convection are considered for accurate determination of the heat flux on the wall. A parametric study is of the pilot-fuel-to-total-fuel-ratio is carried out. A chemical reactor network (CRN) was constructed on the basis of the 3D simulation results and compared against measurements of NOx.
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.
Since Fukushima nuclear power plant (NPP) accident in 2011, the importance of research on various severe accident phenomena has been emphasized. Particularly, detailed analysis of combustion risk is necessary following the containment damage caused by combustion in the Fukushima accident. Many studies have been conducted to evaluate the risk of local hydrogen concentration increases and flame propagation using computational code. In particular, the potential for combustion by local hydrogen concentration in specific areas within the containment has been emphasized. In this study, the process of flame propagation generated inside a reactor core to containment during a loss of coolant accident (LOCA) was analyzed using MELCOR 2.1 code. Later in the LOCA scenario, it was expected that hydrogen combustion occurred inside the reactor core owing to oxygen inflow through the cold leg break area. The main driving force of the oxygen intrusion is the elevated containment pressure due to the molten corium-concrete interaction. The thermal and mechanical loads caused by the flame threaten the integrity of the containment. Additionally, the containment spray system effectiveness in this situation was evaluated because changes in pressure gradient and concentrations of flammable gases greatly affect the overall behavior of ignition and subsequent containment integrity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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