Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.5
s.236
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pp.617-624
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2005
An analysis of the effects of $CO_{2}$ on fundamental combustion characteristics was performed in Oxygen enriched condition by comparing the laminar burning velocities, flame structures, fuel oxidation paths. Fictitious $CO_{2}$ was introduced to discriminate the chemical reaction effects of $CO_{2}$ from the thermal effects. PREMIX code was utilized to evaluate the laminar burning velocities. OPPDIF code was utilized to investigate the flame structure and fuel oxidation path variation. The contributions of thermal effects on laminar burning velocities are dominant at lowly oxygen-enriched condition but those of chemical reaction effects become dominant at highly oxygen-enriched condition. Chemical reaction effects caused the additional flame temperature decrease besides thermal effects and oxygen-leakage increase in non-premixed flame. Specific fuel oxidation path and CO production path is enhanced in spite of overall decrement of fuel consumption rate by chemical reaction effects of$CO_{2}$.
This paper experimentally investigates the effects of oxygen-enriched air (OEA) on the running behaviors of an LPG SI engine during both start/warm-up (SW) and hot idling (HI) stages. The experiments were performed on an air-cooled, single-cylinder, 4-stroke, LPG SI engine with an electronic fuel injection system and an electrically-heated oxygen sensor. OEA containing 23% and 25% oxygen (by volume) was supplied for the experiments. The throttle position was fixed at that of idle condition. A fueling strategy was used as following: the fuel injection pulse width (FIPW) in the first cycle of injection was set 5.05 ms, and 2.6 ms in the subsequent cycles till the achieving of closed-loop control. In closed-loop mode, the FIPW was adjusted by the ECU in terms of the oxygen sensor feedback. Instantaneous engine speed, cylinder pressure, engine-out time-resolved HC, CO and NOx emissions and excess air coefficient (EAC) were measured and compared to the intake air baseline (ambient air, 21% oxygen). The results show that during SW stage, with the increase in the oxygen concentration in the intake air, the EAC of the mixture is much closer to the stoichiometric one and more oxygen is made available for oxidation, which results in evidently-improved combustion. The ignition in the first firing cycle starts earlier and peak pressure and maximum heat release rate both notably increase. The maximum engine speed is elevated and HC and CO emissions are reduced considerably. The percent reductions in HC emissions are about 48% and 68% in CO emissions about 52% and 78%; with 23% and 25% OEA, respectively, compared to ambient air. During HI stage, with OEA, the fuel amount per cycle increases due to closed-loop control, the engine speed rises, and speed stability is improved. The HC emissions notably decrease: about 60% and 80% with 23% and 25% OEA, respectively, compared to ambient air. The CO emissions remain at the same low level as with ambient air. During both SW and HI stages, intake air oxygen enrichment causes the delay of spark timing and the increased NOx emissions.
An experimental study has been conducted to evaluate the effects of $CO_{2}$ on heat transfer from hydrogen oxygen-enriched flame. Experiments were performed on flames stabilized by a co-flow swirl burner, which mounted on top of the furnace. Five composition conditions of oxidizer were chosen with replacing $N_{2}$ with $CO_{2}$. In a steady state, total and radiative heat flux rates from the flame to the wall of furnace has been measured using heat flux meters. Temperature distribution in furnace also has been checked. Increasing $CO_{2}$ ratio in the oxidizer, the dominant heat transfer mode was changed into convection from radiation. Temperature in the furnace decreased but total heat flux increased.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.7
s.250
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pp.692-699
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2006
In this work, $TiO_2$ nanoparticles were synthesized using $N_2-diluted$ and Oxygen-enriched co-flow hydrogen diffusion flames. The effect of flame temperature on the crystalline structure of the formed $TiO_2$ nanoparticles was investigated. The measured maximum centerline temperature of the flame ranged from 2,103k for oxygen-enriched flame to 1,339K for $N_2-diluted$ flame. The visible flame length and the height of the main reaction zone were characterized by direct photographs. The crystalline structures of $TiO_2$ nanoparticles were analyzed by XRD. From the XRD analysis, it was evident that the crystalline structures of the formed nanoparticles were divided into two sorts. In the higher temperature region, over the 1,700K, the fraction of formed $TiO_2$ nanoparticles having anatase-phase crystalline structure increased with increasing the flame temperature. On the contrary, in the lower temperature region, below the 1,600K, the fraction of anatase-phase nanoparticles increased with decreasing the flame temperature.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.10
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pp.1458-1464
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2002
$CO_2$ is well known greenhouse gas which is the major source of global warming. Reducing $CO_2$ emission in combustion process can be achieved by increasing combustion efficiency, oxygen enriched combustion and recirculation of the emitted $CO_2$ gas. Stability of non-premixed flame in oxygen enriched environment will be affected by the amount of oxygen, kind of diluents and fuel exit velocity. The effects of these parameters on flame liftoff and blowout are studied experimentally oxidizer coflowing burner. Experiments were divided into three cases according as where $CO_2$gas was supplied. - 1) to coflowing air, 2) to fuel with 0$_2$-$N_2$ coflow, 3) to coflowing oxygen. Flame in air coflowing case was lifted in turbulent region. Flame lift and blowout in laminar region with the increase in $CO_2$ volume fraction in $CO_2$-Air mixture makes flame lift and blowout in laminar region. Increase in oxygen volume fraction makes flame stable-i.e. flame liftoff and blowout occur at higher fuel flowrates. Liftoff height was non-linear function of nozzle exit velocity and affected by the $O_2$ volume fraction. It was found that the flame in $O_2$-$N_2$ coflow case was more stable than $O_2$-$CO_2$ case, Liftoff heights vs (nozzle exit velocity/laminar burning velocity)$^{3.8}$ has a good correlation in $O_2$-$CO_2$ oxidizer case.
Kim, Hey-Suk;Shin, Mi-Soo;Jang, Dong-Soon;Lee, Dae-Geun
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.29
no.1
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pp.23-30
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2007
The ultimate objective of this study is to develop oxygen-enriched combustion techniques applicable to the system of practical industrial boiler. To this end the combustion characteristics of lab-scale LNG combustor were investigated as a first step using the method of numerical simulation by analyzing the flame characteristics and pollutant emission behaviour as a function of oxygen enrichment level. Several useful conclusions could be drawn based on this study. First of all, the increase of oxygen enrichment level instead of air caused long and thin flame called laminar flame feature. This was in good agreement with experimental results appeared in open literature and explained by the effect of the decrease of turbulent mixing due to the decrease of absolute amount of oxidizer flow rate by the absence of the nitrogen species. Further, as expected, oxygen enrichment increased the flame temperatures to a significant level together with concentrations of $CO_2$ and $H_2O$ species because of the elimination of the heat sink and dilution effects by the presence of $N_2$ inert gas. However, the increased flame temperature with $O_2$ enriched air showed the high possibility of the generation of thermal $NO_x$ if nitrogen species were present. In order to remedy the problem caused by the oxygen-enriched combustion, the appropriate amount of recirculation $CO_2$ gas was desirable to enhance the turbulent mixing and thereby flame stability and further optimum determination of operational conditions were necessary. For example, the adjustment of burner with swirl angle of $30\sim45^{\circ}$ increased the combustion efficiency of LNG fuel and simultaneously dropped the $NO_x$ formation.
Perovskite-type oxides are promising oxygen carriers in producing oxygen-enriched $CO_2$ gas stream for oxyfuel combustion. In this study, a new series of $SrCo_{1-x}Fe_xO_{3-{\delta}}$ (x = 0.2, 0.4, 0.6, 0.8) was prepared and used to produce $O_2/CO_2$ mixture gas. The phase, crystal structure, and morphological properties of $SrCo_{1-x}Fe_xO_{3-{\delta}}$ were investigated through X-ray diffraction, specific surface area measurements, and environmental scanning electron microscopy. The oxygen desorption performance of $SrCo_{1-x}Fe_xO_{3-{\delta}}$ was studied in a fixed-bed reactor system. Results showed that the different x values of $SrCo_{1-x}Fe_xO_{3-{\delta}}$ have no obvious effects on crystalline structure. However, the oxygen desorption performance of $SrCo_{1-x}Fe_xO_{3-{\delta}}$ is improved by Co doping. Moreover, $SrCo_{0.8}Fe_{0.2}O_{3-{\delta}}$ synthesized via a new EDTA method has a larger BET surface area ($40.396m^2/g$), smaller particle size (48.3 nm), and better oxygen production performance compared with that synthesized through a liquid citrate method.
The present study examined the possibility of $NO_{x}$ reduction in the high temperature industrial furnaces. duct burner of gas turbine cogeneration and two-stage gas turbine combustor. The experimental study was carried out for the diffusion flame of second stage combustor with the variations of oxygen concentration and supplying rate of hot exhaust gas from first stage combustor. It also examined the flammability range and $NO_{x}$ formation of the second stage combustor in which the fuel is supplying into the mixture of oxygen hot exhaust gas from first stage combustor. The results show that the enrichment of oxygen and increase of exhaust gas lead to increase the $NO_{x}$ up to 50 ppm with 23% $O_{2}$ condition.
In the present paper we studied experimentally fundamental optimization of oxygen enriched pyrolysis melting incinerator, Characteristics of this system was confirmed dealing with the gas flow and combustion properties for the inside secondary air injection. The experiment setup has a disposal rate of 30kg/hr which was measured by the inside temperature and gas. Along with above experiments, the three-dimensional computation was employed to analyse the combustion fluid dynamics and gas residence time. Equations for turbulence and heat - transmission as well as chemical reactions were solved by using common codes. The experimental combustion chamber was composed of staged combustion types structure for reducing NOx. Finally, it was verified that the control of the secondary air and air ratio of thermo stack were important. In the computational analysis, it showed reasonable agreement with the experimental results regarding the temperature and discharged gas concentration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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