Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.5
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pp.725-732
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2000
Laser induced incandescence (LII) method is frequently used to measure soot volume fraction in flames. In this study, experiments were performed to measure soot volume fraction in coaxial diffusion flame using LII method and calibrated with laser scattering/extinction method. The effects of laser intensity (>$1{\times}10^8W/cm^2$), laser wavelength (532nm, 1064nm) and detection wavelength (400nm, 600nm) on the LII signal were investigated. On the range of $4{\times}10^8{\sim}8{\times}10^8W/cm^2$ there were no effects of laser intensity on LII signal. Except these ranges, LII signal was increased with laser intensity. For the long gate width, the LII signals of the higher laser intensity (>${\vartheta}(GW/cm^2)$) cases had better correlation with soot volume fraction which were measured by laser extinction method compared with lower laser intensity cases. The errors of 2-dimensional cases at the calibration height were approximately 50% regardless of laser wavelength.
Optical Line Patternator(OLP) has been applied to get a distribution of the spray at high ambient pressure. OLP is a combined technique of extinction measurement and image processing. The attenuated intensity of laser beam after traversing spray region was measured by using a photo-detector, and the line image of Mie-scattering was captured simultaneously in the path of each laser beam by using a CCD camera. The distribution of extinction coefficient in the spray is obtained by processing these data with the algebraic reconstruction technique. From the distribution of extinction coefficient, the surface distribution of spray can be reconstructed. OLP does not use laser sheet but use laser beam so that the noise effect of multiple scattering, caused by increasing number density of droplet in high pressure environment, is reduced drastically. OLP is expected as a suitable method which can investigate the characteristics of relatively large spray under the high pressure environment such as liquid rocket engine.
The optical patterantor provides the high resolution and quantitative information of the spray. Fuel distribution and Sauter Mean Diameter (SMD) can be measured from fluorescence and Mie-scat-tering images. To correct the attenuation of the laser beam and signal in dense spray region, the method to find the geometric mean of the signal intensities obtained from two cameras was evaluated and verified in a solid-cone spray. In high pressure environment, the increased number density of the droplets cause multiple scattering. The optical patternation technique using a laser beam instead of a laser sheet was applied to minimize the multiple scattering problem. The pattern of a coaxial spray was changed from hollow-cone to solid-cone shape, and the spray angle was reduced as the ambient pressure increased from 0.1 to 4.0 MPa.
Laser induced incandescence, LII, recently developed technique for measuring soot concentration in flames, can overcome most of limitations of conventional laser extinction measurement. In this study, experiments were performed to investigate the effect of laser intensity, detection wavelength, and also laser beam quality on both LII signal at a particular position and peak-to-centerline LII signal ratio. The results of LII signal with increasing laser intensity shows its near-independence of laser intensity once threshold level of laser intensity has been reached. However, this near-independence depends on laser beam quality and the incident optical setup. The peak-to-centerline LII signal ratio slowly but continuously increases with laser power. This fact is due to the dependence of LII signal on particle mean diameter. LII signal is attenuated during it passes through the flame containing soot particles. The attenuation rate is inversely proportional to detection wavelength. In this study, LII signal at 680 nm band is 10% greater than the signal at 400 nm band.
In this study we introduce a new method for high-spatial-resolution continuous wave (CW) aerosol lidar that has a high spatial resolution in the near field and a low spatial resolution at long distances. A normal lidar system uses a nanosecond-pulse laser and measures the round-trip TOF between the aerosol and laser to obtain range resolution. In this study, however, we propose a new type of spatially resolving aerosol lidar that uses laser-scattering images. Using a laser-light-scattering image, we have calculated the distance of each scattering aerosol image for a given pixel, and recovered the short-range aerosol extinction. For this purpose, we have calculated the distance image and the contribution range of the aerosol to the given one-pixel image, and finally we have calculated the extinction coefficients of the aerosol with range-resolved information. In the case of traditional aerosol lidar, we can only obtain the aerosol extinction coefficients above 400 m. Using our suggested method, it was possible to extend the range of the extinction coefficient lower then several tens of meters. Finally, we can remove the unknown short-range region of pulsed aerosol lidar using our method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.7
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pp.863-870
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2004
The temperature and soot particle measurement technique in a laminar diffusion flame has been studied to investigate the characteristics of soot particle with temperature using a co-flow burner. The temperature distribution in the flame were measured by rapid insertion of a R-type thermocouple and the soot particles by LEM/LIS techniques. In these measurement, soot volume fraction, number density and soot diameters were analyzed experimentally. As a results, the spacial distributions of particle volume fraction, soot diameter, and number density are mapped throughout the flame using the Rayleigh theory for the scattering of light by particles. A laser extinction method was used to measure the soot volume fraction and laser induced scattering method was used to measure the soot particle diameter and number density. Also, we measured temperature without the effect of soot particles attached to the thermocouple junction, which is close to the nozzle. In this result, we found that upstream zone has a unstable flowing in co-flow diffusion flame and the y-axis temperature of flame has a uniform temperature distribution in the most soot volume fraction zone.
The temperature and soot particle measurement technique in a laminar diffusion flame have been studied to investigate the characteristics of soot particle with temperature using a co-flow burner. The temperature distributions in the flame were measured by rapid insertion of a R-type thermocouple and the soot particles were detected were detected by LEM/LIS techniques. In these measurement, soot volume fraction, number density and soot diameters were analyzed experimentally. As a results, the spacial distributions of particle volume fraction, soot diameter, and number density are mapped throughout the flame using the Rayleigh theory for the scattering of light by absorbing particles. A laser extinction method was used to measure the soot volume fraction and Laser induced scattering method was used to measure the soot particle diameter and number density. Also, we measured temperature without the effect of soot particles attached to the thermocouple junction, which is close to the nozzle. In this result, we found that upstream zone has a unstable flowing in co-flow diffusion flame and the y-axis temperature of flame has a uniform temperature distribution in the most soot volume fraction zone.
Lee Uen Do;Lee Ki Ho;Oh Kwang Chul;Lee Eui Ju;Shin Hyun Dong
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.3
s.234
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pp.390-401
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2005
In this study, extinction limit extension of unsteady $(CH_{4}+N_{2})$/air diffusion flames was investigated experimentally. A spatially locked flame in an opposing jet burner was perturbed by linear velocity variation, and time-dependent flame luminosity, transient maximum flame temperature and OH radical were measured over time with the high speed camera, Rayleigh scattering method and OH laser-induced fluorescence, respectively. Unsteady flames survive at strain rates that are much higher than the extinction limit of steady flames, and unsteady extinction limits extend as the slope of the strain rate increases or the initial strain rate decreases. We verified the validity of the equivalent strain rate concept by comparing the course of unsteady extinction process and steady extinction process, and it was found that the equivalent strain rate concept represents well the unsteady effect of a convective-diffusive zone. To investigate the reason of the unsteady extinction limit extension, we subtracted the time lag of the convective-diffusive zone by using the equivalent strain concept. Then the modified unsteady extinction limits become smaller than the original unsteady extinction limits, however, the modified unsteady extinction limits are still larger than the steady extinction limits. These results suggest that there exist the unsteady behavior of a diffusive-reactive zone near the extinction limit due to the chemical non-equilibrium states associated with unsteady flames.
The soot and OH radical distributions have been experimentally studied in ethylene and propane laminar diffusion flames. The integrated soot volume fraction was measured along the centerline of a flame using a laser light extinction method. Planar laser light scattering and PLIF techniques are employed for the soot and OH radical distribution measurements utilizing Nd:YAG laser and OPO, FDO system. The concentration of OH radical is rapidly decreased at the edge of sooting region, which implies the importance of OH radical species on the soot oxidation process. For ethylene flames, the addition of air in fuel moves the OH radical distribution towards the center line of a flame at the soot oxidation region, while the concentration of OH radical remains relatively high at the soot formation region. The interaction between soot particles and OH radicals becomes more active with fuel-air at the soot oxidation region. For propane flames, however, any indication of the increased interaction between soot particles and OH radicals with fuel-air was not noticed.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.39
no.8
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pp.441-448
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2017
A method for measuring the concentration of surfactant in water was developed. In this technique, microbubbles were used as light scatterers. The polarization change of light scattered by microbubbles was analyzed by Mueller matrix analysis. $M_{11}$, one of the Mueller matrix elements, was found to be a key parameter inferring the surfactant concentration within the concentration range of 0 ppm to 60 ppm. The best results for this measurement were obtained when the scattering angle was $150^{\circ}$ and the extinction ratio was 56.2. This experimental result shows that the EPLS can be effectively used as a real time inspection method for water quality monitoring in lakes or rivers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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