Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.12
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pp.608-613
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2019
NOx (Nitrogen oxide) in the exhaust gas from vehicle engines is considered one of the most harmful substances in air pollution problems. NOx is made when combustion occurs under high temperature conditions and EGR (exhaust gas recirculation) is normally used to lower the combustion temperature. As the EGR ratio increases, the NOx level becomes low, but a high EGR ratio makes the combustion unstable and causes further air pollution problems, such as CO and unburned hydrocarbon level increase. This study showed that fuel droplets could move more freely by the radiation of sonic wave for the stable combustion. In addition, the engine performance improved with increasing EGR ratio. As a basic study, the effect of sonic wave radiation on the velocity of fuel droplets was studied using CFD software. The results showed that the velocity of small droplets increased more under high frequency sonic wave conditions and the velocity of the large droplets increased at low frequency sonic wave conditions. In addition, an engine analysis model was used to study the effects of the increased combustion stability. These results showed that a 15% increase in EGR ratio in combustion resulted in a 45% decrease in NOx and a 10% increase in thermal efficiency.
So, Younseok;Yi, Seungjae;Lee, Kwangjin;Kim, Seunghan;Han, Yeoungmin
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.20
no.3
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pp.96-102
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2016
The 7tonf-class power pack test at turbopump test facility in Naro space center was performed for confirmations of starting/running/ending operation characteristics before 7tonf rocket engine hot-firing test. The dynamic pressure mounted on a combustion chamber of gas generator is measured under 0.2 bar which does not conditioned to the unstable combustion. The analysis results of RPM and acceleration sensors mounted on the turbopump, the power pack test was performed to the estimated RPM with the stable combustion.
Lee Jong Ho;Jeon Chung Hwan;Park Chul Woong;Hahn Jae Won;Chang Young June
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.10
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pp.1184-1192
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2004
Experimental investigations were carried out in an atmospheric pressure, optically accessible and laboratory-scale dump combustor operating on methane gas. The objective of this study was to obtain the phase-resolved gas temperatures at different phases of the oscillating pressure cycle during unstable combustion. CARS temperature measurements were made at several spatial locations under lean premixed conditions to get the information on temperature field within the combustor. Also the effect of incomplete fuel-air mixing on phase-resolved temperature fluctuation was investigated. Results including phase-resolved averaged temperature, normalized standard deviation and temperature probability distribution functions (PDFs) were provided in this paper. Temperature PDFs gave an insight on the flame behavior. And strong correlation between phase-resolved temperature profile and pressure cycle was observed. Results of the phase-resolved high temperature gave an additional information on the perturbation of equivalence ratio at flame as well as the effect of mixing quality on NOx emission characteristics.
Kim, Young-Han;Kim, Yong-Wook;Ko, Young-Sung;Lee, Soo-Yong;Ryu, Chul-Song;Seol, Woo-Seok
Proceedings of the KSME Conference
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2001.06d
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pp.846-851
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2001
For the successful development of the main engine of KSR(Korea Sounding Rocket)-III, Korea Aerospace Research Institute(KARI) carried out the experimental study on the subscale model engines. Several types of engines were tested on the Small Liquid Rocket Engine Test Facility. One of the typical test results of a Sub. engine(Sub. Mod.3) is presented here. It uses the Jet A-1 as fuel, liquid oxygen as oxidizer, and Tri-Ethyl Aluminium(TEA1) as ignition agent. The gas pressure feed system is adopted as a feeding mechanism and the design chamber pressure is 200psia. The physical phenomena are described in three regimes(ignition, transient, and steady state) with the pressure, thrust, flowrate and image data. And the pressure oscillation is analyzed in Fourier domain (<500Hz). Then we conclude that in this experiment, the engine shows the characteristic low frequency of 80Hz and it is stable for that frequency of pressure oscillation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.4
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pp.425-432
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2004
The objective of this study is a qualitative comparison between line-integrated OH chemiluminescence(OH$\^$*/) image and its Abel inverted image to investigate the flame structure at different phase of the oscillating pressure field. PIV(Particle Image Velocimetry) measurements were conducted under non-reacting conditions to see the global flow structure and NOx emission was measured to investigate the effect of fuel-air premixing on combustion instability and emission characteristics. Experiments were carried out in an atmospheric pressure, laboratory-scale dump combustor operating on natural gas. Combustion instabilities in present study exhibited a longitudinal mode with a dominant frequency of ∼341.8㎐, which corresponded to a quarter wave mode of combustor. Heat release and pressure waves were in-phase when instability occurred. Results gave an insight about the location where the strong coherence of pressure and heat release existed. Also an additional information on active control to suppress the combustion instabilities was obtained. For lean premixed combustion, strong correlation between OH$\^$*/ and NOx emissions was expected largely due to the exponential dependence of thermal NOx mechanism on flame temperature.
Measurements of OH chemiluminescence in an atmospheric pressure, laboratory-scale dump combustor at equivalence ratios ranging from 0.63 to 0.89 were reported. The signal from the first electronically excited state of OH to ground state was detected through a band-pass filter with an ICCD. The objectives of this study are two: One is to see the effects of equivalence ratio on global heat release rate and local Rayleigh index distribution. To get the local Rayleigh index distribution, the line-of-sight images were inverted by tomographic method, such as Abel de-convolution. Another aim is to investigate the validity of using OH chemiluminescence acquired with an ICCD as a qualitative measure of local heat release. For constant inlet velocity and temperature, the overall intensities of OH emission acquired at different equivalence ratio showed periodic and higher value at high equivalence ratio. OH intensity averaged over one period of pressure increased exponentially with equivalence ratio. Local Rayleigh index distribution clearly showed the region of amplifying or damping the combustion instability as equivalence ratio increased. It could provide an information/insights on active control such as secondary fuel injection. Finally, local heat release rate derived from reconstructed OH images were presented for typical locations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.9
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pp.658-665
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2009
Lean premixed combustors are used for significant NOx reduction which one of issues in current gas turbine combustor. This study was investigated to estimate the effects of the unmixedness of fuel-air, equivalence ratio on the instability mechanism, NOx emission and combustion oscillation in a lean premixed combustor. The experiments were conducted in a dump combustor at atmospheric pressure conditions using methane as fuel. The swirler angle was $45^{\circ}$, the degrees of fuel-air mixing were 0, 50 and 100 and inlet temperature was 650K. The equivalence ratio was ranging from 0.5 to 0.8. This paper shows that NOx emission was increased when the degree of fuel-air mixing is increased in same equivalence ratio and when equivalence ratio is increased. And the range of the combustion instability was enlarged as a function of increasing of the degree of fuel-air mixing.
Renewable gas fuels such as biogas and landfill gas have carbon-neutral nature which can reduce carbon dioxide. However, it is necessary to make stable combustion when this fuel is used in power generating SI(spark ignition) gas engines due to its low heating value and non-uniformity. In this study, it was shown that addition of hydrogen can increase combustion stability of gas engine which is running with high inert gas composition. Thermal efficiency and emission characteristics of this engine was also investigated. In addition, a new spark plug with a long electrode was tested and compared with a base spark plug as a way to improve engine efficiency and reduce exhaust emissions.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2009.11a
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pp.399-402
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2009
Acoustic design parameters of a Helmholtz resonator are studied experimentally and numerically for acoustic stability in a model acoustic tube. According to standard acoustic-test procedures, acoustic-pressure signals are measured. Quantitative acoustic properties of sound absorption coefficient are evaluated and thereby, the acoustic damping capacity of the resonator is characterized. Helmholtz resonator on spring-damper system use were understanding for acoustic damping. The length of orifice and the volume of cavity of resonator are selected as design parameters for tuning of the resonator. Acoustic- damping capacity of the resonator increases with its cavity volume. And orifice length as increases with acoustic damping capacity was decreased.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.1
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pp.16-23
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2004
Acoustic characteristics of unbaffled and baffled combustion chamber are experimentally investigated under atmospheric condition to preliminarily determine baffle for mitigation of combustion instability. To investigate the effect of the baffle which has several configurations such as radial baffles and hub/blade baffle, resonant-frequency shift and damping factors of the chamber were analyzed and compared quantitatively with those of the unbaffled combustion chamber. From a view of acoustic characteristics, radial baffles with several configurations have not much difference in resonant-frequency shift and damping factor ratio with each other. On the other hand, hub and blade baffle is very effective to suppress the first tangential mode which was found to be the most harmful acoustic mode in KSR(Korean Sounding Rocket)-III engine. But more study on design parameters such as hub size and axial length should be done for complete optimization of hub and blade baffle. The present study based on linear acoustic analysis is expected to be a useful confirming tool to predict acoustic field and design a passive control devices such as baffle and acoustic cavity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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