To study the stabilization characteristics of diffusion flame formed in the wake of a cylindrical bluff body with fuel injection, the flame stability limits, length and temperature of recirculation zone of flame, turbulence intensity distribution near the recirculation zone of flame were measured and analyzed. The length of recirculation zone is independent on main fuel injection quantity, but it is dependent on fuel injection angles, air stream velocity, and auxiliary fuel injection into recirculation zone. For diffusion flame, in general, the flame stabilization is deteriorated with increase of he length of recirculation zone, but if the turbulence generator is installed, the flame stabilization is improved with increase of the length of recirculation zone. The temperature of recirculation zone is dependent on fuel injection angles, auxiliary fuel injection into recirculation zone, turbulence generators, and it dependent on fuel injection angles, auxiliary fuel injection into recirculation zone, turbulence generators, and it has a maximum value at the condition of each theoretical mixture. In general, the more temperature of recirculation zone is low, the more flame is stable. But when the turbulence generator is installed, the more temperature of recirculation zone is low, the more flame is unstable. The turbulence intensity in the wake of bluff body is increased with increase of diameter or blockage ratio of grid. The more turbulence intensity is increased by installation of turbulence generator, the more flame is unstable. Finally, It is clear that the stabilization characteristics of diffuser flame can be controlled by some parameters such as fuel injection angles, auxiliary fuel injection into recirculation zone, turbulence generators.
The present study deals with experimental investigations on the syngas-oxygen combustion characteristics of a swirl-stabilized premixed flame in a 10 kW combustor. The effect of hydrogen in syngas has been investigated with different swirl angles to identify the role of hydrogen and swirl strength on the flame stability and CO emissions. The results show that hydrogen addition extended the blowout limit while narrowing the flashback limit. The dependence of blowout on the swirl angle is negligible while the dependence of flashback on the swirl angle is evidenced by two regimes depending on the amount of hydrogen. CO emission is decreased with increasing excess $O_2$ supply or increasing hydrogen content. Chemiluminescence diagnostics is utilized to provide information on the structure of a swirl-stabilized premixed flame. The OH chemiluminescence intensity is more concentrated near the burner exit with an increase in the hydrogen content, which results from high reactivity of hydrogen.
To reveal the newly found liftoff height behavior of hydrogen jet, we have experimentally studied the stabilization mechanism of turbulent, lifted jet flames in a non-premixed condition. The objectives of the present research are to report the phenomenon of a liftoff height decreasing as increasing fuel velocity, to analyse the flame structure and behavior of the lifted jet, and to explain the mechanisms of flame stability in hydrogen turbulent non-premixed jet flames. The velocity of hydrogen was varied from 100 to 300m/s and a coaxial air velocity was fixed at 16m/s with a coflow air less than 0.1m/s. For the simultaneous measurement of velocity field and reaction zone, PIV and OH PLIF technique was used with two Nd:Yag lasers and CCD cameras. As results, it has been found that the stabilization of lifted hydrogen diffusion flames is related with a turbulent intensity, which means that combustion occurs at the point where the local flow velocity is balanced with the turbulent flame propagation velocity.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.5
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pp.750-756
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2002
The effect of equivalence ratio and velocity on the stability of flame in dump combustor was studied in an atmospheric pressure, laboratory scathe dump combustor operating natural gas. Traditionally, peak-to-peak pressure, fluctuation of the heat release rate and Rayleigh index were used to find and control the combustion instability. Cross correlation coefficients, Ci,j which is defined as the normalized value of the integration of the product of two of the mixer pressure, dump plane pressure and heat release rate, are introduced to see whether the flame is stable or not. Ci,j shows more sensitive to combustion status than Rayleigh index in steadily burning flame. Also, the result indicates that the amplitude of Ci,j between heat release and mixer pressure goes up before the flame at the rich de-stabilizing equivalence ratio near $\psi$=0.85. t means Ci:j at this case has a potential to detect the de-stablizing moment in prior to becoming unstable in dump combustor.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.4
no.4
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pp.403-411
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2001
A criterion for evaluation of burners has changed recently, and the environmental problems are raised as a global issue. Burners with higher thermal efficiency and lower oxygen in the exhaust gas, evaluated better. To comply with environmental regulations, burners must satisfy the $NO_x$ and CO regulation. Consequently. 'good burner' means one whose thermal efficiency is high under the constraint of $NO_x$ and CO consistency. To make existing burner satisfy recent criterion, it is highly recommended to develop a feedback control scheme whose output is the consistency of $NO_x$ and CO. This paper describes the development of a real time flame diagnosis technique that evaluate and diagnose the combustion states, such as consistency of components in exhaust gas, stability of flame in the quantitative sense. In this paper, it was proposed on the flame diagnosis technique of burner using Neuro- Fuzzy algorithm. This study focuses on the relation of the color of the flame and the state of combustion. Neuro- Fuzzy learning algorithm is used in obtaining the fuzzy membership function and rules. Using the constructed inference algorithm, the amount of $NO_x$ and CO of the combustion gas was successfully inferred.
Nano-sized a-alumina with a narrow distribution was prepared by using Flame Spray Pyrolysis (FSP). The microemulsion of water in oil (W/O) was prepared to make ultrafine droplets for FSP process. Kerosene (fuel) as a continuos phase and Al(NO$_3$)$_3$$.$9$H_2O$ (oxidizer) aqueous solution as a dispersed phase were prepared for microemulsification. The microemulsion with dispersion stability was obtained by adjusting the composition of 80 vol% kerosene, 10 vol% aqueous solution, and 10 vol% emulsifying agent. Microemulsion was sprayed onto the flame by using two-fluid nozzle spray gun under the condition of 0.03 ㎫ air pressure. The synthesized products were $\alpha$-alumina phase with the size of 20 to 30 nm.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.1
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pp.133-140
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2002
This article presents an application of a large-scale structural mixing model(Broadwell et at. 1984) to the blowout of turbulent reacting cross flow jets. Experimental observations, therefore, aim to identify the existence of large-scale vortical structure exerting an important effect upon the flame stabilization. In the analysis of common stability curve, it is seen that the phenomenon of blowout are only related to the mixing time scale of the two flows. The most notable observation is that the blowout distance is traced at a fixed positions according to the velocity ratio at all times. Measurements of the lower blowout limits in the liftable flame are qualitatively in agreement with the blowout parameter $\xi$, proposed by Broadwell et al. Good agrement between the results calculated by a modified blowout parameter $\xi$'and the present experimental results confirms the important effect of large-scale structure in the stabilization feature of blowout.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.3
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pp.190-197
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2008
It was experimentally studied that the stabilization mechanism of turbulent, lifted jet flames in a non-premixed condition to reveal the newly found liftoff height behavior of hydrogen jet. The objectives are to report the phenomenon of a liftoff height decreasing as increasing fuel velocity, to analyse the flame structure and behavior of the lifted jet, and to explain the mechanisms of flame stability in hydrogen turbulent non-premixed jet flames. The hydrogen jet velocity was changed from 100 to 300m/s and a coaxial air velocity was fixed at 16m/s with a coflow air less than 0.1m/s. For the simultaneous measurement of velocity field and reaction zone, PIV and OH PLIF technique was used with two Nd:Yag lasers and CCD cameras. As a result, it was found that the stabilization of lifted hydrogen diffusion flames is correlated with a turbulent intensity and Karlovitz number.
The present study aimed to prepare a novel efficient flame retardant additive for polypropylene. The new flame retardant was prepared by chemical grafting of melamine to graphene oxide with the aid of thionyl chloride. Fourier-transform infrared spectroscopy and thermogravimetric analysis proved that melamine had been successfully grafted to the graphene oxide. The modified graphene oxide was incorporated into polypropylene via solution mixing followed by anti-solvent precipitatio. Homogeneous distribution as well as exfoliation of the nanoplatelets in the polymer matrix was observed using transmission electron microscopy. Thermogravimetric analysis showed a significant improvement in the thermo-oxidative stability of the polymer after incorporating 2 wt% of the modified graphene oxide. The modified graphene oxide also enhanced the limiting oxygen index of the polymer. However, the amount of improvement was not enough for the polymer to be ranked as a self-extinguishing material. Cone calorimetry showed that incorporating 2 wt% of the modified graphene oxide lowered total heat release and the average production rate of carbon monoxide during burning of the polymer by as much as 40 and 35%, respectively. Hence, it was concluded that the new flame retardant can retard burning of the polymer efficiently and profoundly reduce suffocation risk of exposure to burning polymer byproducts.
The propagation rates of advancing and retreating non-premixed edge flames in a slot-jet counterflow were measured as a function of strain rate for varying jet spacing, mixture strength, stoichiometric mixture fractions $(Z_{st})$ and Lewis numbers (Le). Methane and propane fuels were tested and nitrogen and carbon dioxide were used as inerts. As results, we could identify igniting fronts, retreating fronts, two total extinction limits, and short-length edge flames. A burner separation affected to a low extinction limit only. Regimes for advancing and retreating edges together with total extinction were mapped in terms of normalized flame thickness and heat loss factor for $CH_4/O_2/N_2$ mixtures. Edge flames for $Z_{st}$ > 0.5 behaved like a stronger mixture while for $Z_{st}$ < 0.5 showed deteriorated feature, because of relative locations of a non-premixed flame and intermediate species such as CO and $H_2$. Furthermore, due to the relative importance of heat loss, propagating speeds of edge flames were significantly enhanced in $CH_4/O_2/CO_2$ mixtures (Le < 1) demonstrating increasing stability limits. However $C_3H_8/O_2/N_2$ mixtures (Le > 1) showed opposite result.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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