Kim, Gyu-Bo;Han, Hwi-Young;Chang, Young-June;Jeon, Chung-Hwan
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.5
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pp.78-85
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2007
Recently, diesel vehicles have been increased and their emission standards have been getting strict. The emission of diesel vehicles contains numerous dangerous compounds, especially particulate matters cause a serious environmental pollutant and affect to human health seriously. Thousands of studies have already reported that particulate matters are associated with respiratory and cardiovascular diseases, and death. Due to these, it is necessary to measure the soot concentration and soot particle size in laboratory flames or practical engines to recognize the soot formation, and develop the control strategies for soot emission. In this study, the characteristics of exhausted soot particle size and volume fraction from 2.0L CRDI diesel engine have been investigated as varying engine speed and load. Laser induced incandescence has been used to measure soot concentration. Time-resolved laser induced incandescence has been used to determine soot particle size in the engine. The soot volume fraction is increased as increasing engine load but soot volume fraction is decreased as increasing engine speed. The primary particle size is distributed about $35nm{\sim}60nm$ at each experimental conditions.
This paper is study on simultaneous reduction of NOx and soot for direct injection diesel engine using high and low cetane fuels. The stratified injection system was applied for diesel engine to use high and low cetane fuel. In this study, diesel fuel was used as high cetane fuels, methanol was used as low cetane fuels. Some parts of the injection system, ie. Nozzle holder. delivery vale, was remodeled to inject dual fuel sequentially from one injector. The leak injection quantity ratio of dual fuel was certificated by volumetric ratio at injection quantity experiment. According as concentration of low cetane fuel was varied, combustion experiment was performed using Toroidal and Complex chamber. Also, exhaust gas and fuel consumption were measured at the same time. Simultaneous reduction of NOx and soot was achieved at complex chamber regardless of concentration of low cetane fuel. However, according as concentration of low cetane fuel was increased, THC and CO was increased.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.16
no.3
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pp.301-306
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2010
DME(Di-Methyl Ehter, $CH_3OCH$) is currently attracting worldwide attention due to its environmentally friendly characteristics. Until now it was researched as a major alternative fuel of diesel automobile because it is a clean fuel producing low soot. Therefore, in this study, in order to investigate the effect of DME mixing on number density and size of soot particle, DME has been mixed in opposed-flow ethylene diffusion flame with the mixture ratios 5%, 14% and 30%. A laser extinction/scattering technique has been adopted to measure the volume fraction, number density, and size of soot particles. The experimental results showed that the soot concentration of mixture flames with the mixture ratios 5% and 14% produces soot more, even though that of 30% was decreased. This means that even though DME has been known to be a clean fuel for soot formation, the mixing of DME in diffusion flame of ethylene, where acetylene maintains high concentration in soot formation regions, could produce enhanced production of soot.
The physical characteristics of soot near the soot inception point were investigated with various measurements. In-situ measurements of particle size and volume fraction were introduced based on time resolved laser-induced incandescence (TIRE-LII) and laser-induced ion mobility (LIIM). The one has more convenience and accuracy than conventional LII technique and the other works best for particle sizes of a few nanometers at high concentrations in a uniform concentration field. A complementary ex-situ measurement of particle size is nano differential mobility analyzer (Nano-DMA), which recently developed for measuring particle sizes between 2nm and 100nm and provides high-resolution size information for early soot. Particles will be also collected on transmission electron microscope (TEM) grids using rapid thermophoretic sampling and analyzed for morphology. These measurements will allow fresh and original insight into the characterizing soot inception process. The measured physical properties of incipient soot will clarify the controlling growth mechanism combined with chemical ones, and the dominant mechanism for soot modeling can be deduced from the information.
Soot particles emitted from combustion processes are often coated by non-absorbing organic materials, which enhance the global warming effect of soot particles. It is of importance to study the condensation characteristics of soot particles experimentally and theoretically to reduce the uncertainty of the climate impact of soot particles. In this study, the condensational growth of soot particles in a tubular coater was modeled by a one-dimensional (1D) plug flow model and a two-dimensional (2D) laminar flow model. The effects of 2D heat and mass transports on the predicted particle growth were investigated. The temperature and coating material vapor concentration distributions in radial direction, which the 1D model could not accounted for, affected substantially the particle growth in the coater. Under the simulated conditions, the differences between the temperatures and vapor concentrations near the wall and at the tube center were large. The neglect of these variations by the 1D model resulted in a large error in modeling the mass transfer and aerosol dynamics occurring in the coater. The 1D model predicted the average temperature and vapor concentration quite accurately but overestimated the average diameter of the growing particles considerably. At the outermost grid, at which condensation begins earliest due to the lowest temperature and saturation vapor concentration, condensing vapor was exhausted rapidly because of the competition between condensations on the wall and on the particle surface, decreasing the growth rate. At the center of the tube, on the other hand, the growth rate was low due to high temperature and saturation vapor concentration. The effects of Brownian diffusion and thermophoresis were not high enough to transport the coating material vapor quickly from the tube center to the wall. The 1D model based on perfect radial mixing could not take into account this phenomenon, resulting in a much higher growth rate than what the 2D model predicted. The result of this study indicates that contrary to a previous report for a thermodenuder, 2D heat and mass transports must be taken into account to model accurately the condensational particle growth in a coater.
The influence of oxidant addition on soot formation is investigated experimentally with ethylene, propane and mixture fuel co-flow diffusion flames. Oxidant addition into fuel shows the increase of integrated soot volume fractions for ethylene, ethylene/ethane and ethylene/methane mixture flames. However, the increase of integrated soot volume fraction with oxidant addition was not significant for propane and ethylene/propane mixture flames. This discrepancy is explained with $C_2\;and\;C_3$ chemistry at the early stage of soot formation process. The oxidant addition increases the concentration of $C_3H_3$ in the soot formation region, and therefore, enhances soot formation process. A new soot formation rate model that includes both dilution effect and chemical effect of oxygen is suggested to interpret the increase of integrated soot volume fractions with oxidant addition into ethylene. Also, the role of adiabatic flame temperature for the chemical effect of oxygen addition into fuel was reviewed. The influence of oxidant or diluent addition into fuel on soot formation process are the fuel dilution effect, the adiabatic flame temperature altering effect and/or the chemical effect of oxygen. Their relative importance could change with fuel structure and adiabatic flame temperature.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.6
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pp.389-395
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2017
This study was performed to provide the information of the soot formation behavior of octane single fuel droplet under the identical combustion conditions. To achieve this, this experimental study provide the results of the soot formation characteristics of octane droplet in accordance with different initial droplet diameter($d_0$), at the same time, experiment was conducted under the same combustion conditions which are 1.0atm of ambient pressure($P_{amb}$), 21% of oxygen concentration($O_2$) and 79% of nitrogen concentration($N_2$). Visualization of octane droplet combustion was performed by visualization system with high speed camera. The results of maximum soot volume fraction($f_{vmax}$) was almost the same under the equivalent ambient conditions regardless of initial droplet diameter. Furthermore, maximum soot volume fraction was showed the higher value in the measuring direction between $135^{\circ}$ and $315^{\circ}$ since the soot-tail is generated during two opposing igniters movement process.
Soot formation and oxidation is closely related to the combustion phenomena inside a diesel engine. Laser-based diagnostics provide a means for improving our understanding of diesel combustion, because they have highly temporal and spatial ability. To understand the soot behavior we did preliminary study by taking flame luminosity photographs and 2-D images of soot distribution using Laser Elastic Scattering(LIS) and Laser-Induced Incandescence(LII). From the data we found that soot concentration was high in the bowl and disappeared from the central region in the late combustion stage and that soot exists in the flame using luminosity, LIS and LII.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.3
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pp.37-45
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2000
The technique of laser sheet beam has been applied to optically accessible diesel engine for the quantitative measurement of soot. The results provide the information for us for reduction of soot in diesel engine. We used both LIS nad LII techniques simultaneously in this study. LIS and LII images show the quantitative distribution of the soot concentration in an optically accessible diesel engine. In this study, several results were obtained by the simultaneous measurement of LIS and LII technique. The diameter and number density of soot in combustion chamber of the test engine were obtained from ATDC 20$^{\circ}$ to 110$^{\circ}$ . The increase rate of soot diameter was about 40$^{\circ}$ between ATDC 20$^{\circ}$and 110$^{\circ}$. And the number density of soot decreased significantly between ATDC 20$^{\circ}$and 40$^{\circ}$.
To analyze a formation process of the soots in spray flame in the combustion chamber, an optically accessible DI Diesel engine was used for visualization. The images of the flames and soots were visualiaed with high speed camera by Schlieren method and Light extinction method. The spray flame and soot images on the films were analyzed at the various engine operating conditions. Soot distributed widely in spray flame and its concentration was about $100g/m^3$ at the position close by nozzle tip of spray flame region, however it decreased below $20g/m^3$ at the corner of combustion chamber due to soot oxidation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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