Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.4
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pp.431-438
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2011
Flame lift-off conditions determine the operating conditions of burners. It is known that a flame can be lifted when the Schmidt number (Sc), which is the ratio of the dynamic viscosity to the mass diffusivity, is greater than unity. In this study, the flame lift-off characteristics of non-premixed flames of propane (Sc > 1) and methane (Sc < 1) in a coaxial outer air tube were experimentally compared. The experimental results indicated that stable lifted flames could be obtained even when Sc < 1 in a confined air tube. On the basis of the results of a simple numerical analysis, it was confirmed that a new flame stabilization mechanism exists in the tube. A velocity field is preferentially developed upstream of the flame, and it results in a new stabilization condition. This result can be very useful in explaining the stabilization of the flames of ordinary burners in which a flame is produced in a confined space.
This paper presents the characteristics of lifted height and flame length from non-premixed jet flames in highly preheated air to investigate the detail combustion mechanism in the gas turbine or HCCI engine, etc. Special attention was paid to the effect of preheated air temperature, oxygen concentration and fuel injection flow rate on flame length and lifted hight. By using highly preheated air, stable flames were formed even in low oxygen concentration condition. The lifted height increased with decreasing preheated air temperature, where the flame length showed opposed phenomena. The flamelet model, which is thought to have very thin flamelet, is difficult to applicable to the present flame conditions which is formed In low oxygen concentration in highly preheated air.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.2
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pp.160-168
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2010
An experimental study has been conducted to investigate the effects of forcing amplitude on the tone-excited non-premixed jet flame of the resonance frequency. Visualization techniques are employed using the laser optic systems, which are RMS tomography, PLIF and PIV system. There are three lift-off histories according to the fuel flow rates and forcing amplitudes; the regime I always has the flame base feature like turbulent flame when the flame lift-off, while the flame easily lift-off in the regime II even if a slight forcing amplitude applied. The other is a transient regime and occurs between the regime I and regime II, which has the flame base like the bunsen flame of partial premixed flame. In the regime I and II, the characteristics of the mixing and velocity profile according to the forcing phase were investigated by the acetone PLIF, PIV system. Particular understanding is focused on the distinction of lift-off history in the regime I and II.
Kim, Jun-Hee;Ku, Kun-Woo;Hong, Jung-Goo;Lee, Choong-Won;Kim, In-Su;Cheong, In-Mo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.3
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pp.285-291
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2012
A lot of research on the stability of nonpremixed flames has focused on the fuel-nozzle and quarl geometries. Of the work carried out, only a small amount has focused on the stability of the nonpremixed flame according to the recession distance and air-nozzle geometry. Therefore, in this study, a coaxial-diffusion-type gas burner with a swirler is designed for the systematic investigation of the combustion characteristics of a $CH_4$ flame depending on the recession distance and secondary air-nozzle geometry. 1st air is flowed through the swirler, and 2nd air is flowed through each nozzle. It is shown that the secondary air velocity greatly influences the flame length and shape. There is an optimum recession distance for each nozzle for the best combustion efficiency. In this study, it is shown that the optimized recession distance is nearly half the outer diameter of the air-supply nozzle.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.1
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pp.125-132
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2002
An experimental study on the characteristics of stability of propane turbulent nonpremixed jet flames discharged normal to air free-streams with uniform velocity profile is conducted. Experimental observations are focused on the flame shape, the stability considering two kinds of flame, lift-off distance, and the flame length according to velocity ratio. In order to investigate the mixing structure of the flame base at the lower limit, we employ the RMS technique and measure the species concentration by a gas chromatography. In the results of the stability curve and lifted flame, it is fecund that the dependency of nozzle diameter is closely related to the large-scale vortical structure representing counter-rotating vortices pair. Also, the detailed discussion on the phenomenon of blowout due to this large vortical motion, is provided.
The effects of external flow excitation with various frequencies and amplitudes on the flame behavior and pollution emission characteristics from a laminar jet flame are experimentally investigated. Measurements of $NO_x$ emission indices ($EINO_x$), performed in vertical lifted flame like turbulent with various exciting amplitude at a constant resonance frequency, have been conducted. It was also conducted to investigate the effects of excited frequency at a constant exciting amplitude on $NO_x$ emissions with a various frequency ranged 0 Hz to 2 KHz. From the vertical lifted turbulent flame of the excited jet with resonance frequency by strong excitation was shown that the dependence of $NO_x$ emission could be categorized into three groups Group I of long flame length with high disturbances yielding high $NO_x$ emission, Group II of intermediate flame length and relative narrow flame volume with low disturbance yielding low $NO_x$ emission and Group III of long flame length and large flame volume with high time & space disturbances behaviour yielding high $NO_x$ emission.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.4
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pp.264-271
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2009
Characteristics of a counter flowing diffusion flame, which is formulated by an oppositely-injected methane-jet flow in a narrow channel of a uniform air flow. The location of the flame fronts and the flame lengths were compared by changing the flow rates of fuel. To distinguish the effects of the narrow channel on the diffusion flame, a numerical simulation for an ideal two-dimensional flame was conducted. Overall trends of the flame behavior were similar in both numerical and experimental results. With the increase of the ratio of jet velocity to air velocity flame front moved farther upstream. It is thought that the flow re-direction in the channel suppresses fuel momentum more significantly due to the higher temperature and increased viscosity of burned gas. Actual flames in a narrow channel suffer heat loss to the ambient and it has finite length of diffusion flame in contrast to the numerical results of infinite flame length. Thus a convective heat loss was additionally employed in numerical simulation and closer results were obtained. These results can be used as basic data in development of a small combustor of a nonpremixed flame.
A general combustion characteristics of forcing nonpremixed jet in laminar flow rates have been conducted experimentally to investigate the effect of forcing amplitude with the resonant frequency of fuel tube. There are two patterns of the flame lift-off feature according to the velocity increasing; one has the decreasing values of forcing amplitude on the lift-off occurrence when a fuel exit velocity is increasing, while the other has the increasing values. These mean that there are the different mechanisms in the lift-off stability of forced jet diffusion flame. Especially, the characteristics of attached jet flame regime are concentrically observed with flame lengths, shapes, flow response and velocity profiles at the nozzle exit as the central figure. The notable observations are that the flame enlogation, in-homing flame and the occurrence of a vortical motion turnabout have happened according to the increase of forcing amplitude. It is understood by the velocity measurements and visualization methods that these phenomena have been relevance to an entrainment of surrounding oxygen into the fuel nozzle as the negative part of the fluctuating velocity has begun at the inner part of the fuel nozzle.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.3
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pp.275-285
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2003
A visualization study on the effect of forcing amplitude in tone-excited jet diffusion flames has been conducted. Visualization techniques are employed using optical schemes. which are a light scattering photography. Flame stability curve is attained according to Reynolds number and forcing amplitude at a fuel tube resonant frequency. Flame behavior is globally grouped into two from attached flame to blown-out flame according to forcing amplitude: one sticks the tradition flame behavior which has been observed in general jet diffusion flames and the other shows a variety of flame modes such as the flame of a feeble forcing amplitude where traditionally well-organized vortex motion evolves, a fat flame. an elongated flame. and an in-burning flame. Particular attention is focused on an elongation flame. which is associated with a turnabout phenomenon of vortex motion and on a reversal of the direction of vortex roll-up. It is found that the flame length with forcing amplitude is the direct outcome of the evolution process of the formed inner flow structure. Especially the negative part of the acoustic cycle under the influence of a strong negative pressure gradient causes the shapes of the fuel stem and fuel branch part and even the direction of vortex roll-up to dramatically change.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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