Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.11
no.3
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pp.13-19
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2003
Mathematically simplified reaction scheme that simulates autoignitions of the end gases in spark ignition engines has been studied computationally. The five equation model is described, to predict the essential features of hydrocarbon oxidation. This scheme has been calibrated against autoignition delay times measured in rapid compression machines. The rate constants, activation temperatures, Ta, Arrhenius preexponential constants, A, and heats of reaction for stoichiometric n-heptane/air, iso-octane/air, and their mixtures have all been optimised. The optimisation has been guided by Morley's correlation of the ratio of chain branching to linear termination rates with octane number. Comparisons between computed and experimental autoignition delay times have validated the Present simplified reaction scheme and the influences of octane number upon autoignition delay times have been computationally investigated. It has been found that both cool flame and high temperature direct reactions can have an effect on autoignition delay times.
The autoignition and subsequent flame propagation of initially nonpremixed turbulent system have been numerically analyzed. The unsteady flamelet modeling based on the RIF (Representative Interactive Flamelet) concept has been employed to account for the influences of turbulence on these essentially transient combustion processes. In this RIF approach, the partially premixed burning, diffusive combustion and formation of pollutants(NOx, soot) can be consistently modeled by utilizing the comprehensive chemical mechanism. To treat the spatially distributed inhomogeneity of scalar dissipation rate, the multiple RIFs are employed in the framework of EPFM(Eulerian Particle Flamelet Model) approach. Computations are made for the various initial conditions of pressure, temperature, and fuel composition. The present turbulent combustion model reasonably well predicts the essential features of autoignition process in the transient gaseous fuel jets injected into high pressure and temperature environment.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.5
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pp.81-89
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2002
The autoignition and subsequent flame propagation of initially nonpremixed turbulent system have been numerically analyzed. The unsteady flamelet modeling based on the RIF (representative interactive flamelet) concept has been employed to account for the influences of turbulence on these essentially transient combustion processes. In this RIF approach, the partially premixed burning, diffusive combustion and formation of pollutants(NOx, soot) can be consistently modeled by utilizing the comprehensive chemical mechanism. To treat the spatially distributed inhomogeneity of scalar dissipation rate, the multiple RIFs are employed in the framework of EPFM(Eulerian particle flamelet model) approach. Computations are made for the various initial conditions of pressure, temperature, and fuel composition. The present turbulent combustion model reasonably well predicts the essential features of autoignition process in the transient gaseous fuel jets injected into high pressure and temperature environment.
Kim, Hyunguk;Yongseob Lim;Kyoungdoug Min;Lee, Daeyup
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.16
no.8
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pp.1127-1134
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2002
The effects of pressure and temperature on the autoignition of propane and n-butane blends were investigated using a rapid compression machine (RCM) , which is widely used to examine the autoignition characteristics. The RCM was designed to be capable of varying the compression ratio between 5 and 20 and minimize the vortex formation on the cylinder wall using a wedge-shaped crevice. The initial temperature and pressure of the compressed gas were varied in range of 720∼900 K and 1.6∼ 1.8 MPa, respectively, by adjusting the ratio of the specific heat of the mixture by altering the ratio of the non-reactive components (N$_2$, Ar) under a constant effective equivalence ratio (ø$\_$f/= 1.0) The gas temperature after the compression stroke could be obtained from the measured time-pressure record. The results showed a two-stage ignition delay and a Negative Temperature Coefficient (NTC) behavior which were the unique characteristic of the alkane series fuels. As the propane concentration in the blend were increased from 20% and 40% propane, the autoignition delay time increased by approximately 41 % and 55% at 750 K. Numerical reduced kinetic modeling was performed using the Shell model, which introduced some important chemical ideas, represented by the generic species. Several rate coefficients were calibrated based on the experimental results to establish an autoignition model of the propane and n-butane blends. These coefficients can be used to predict the autoignition characteristics in LPG fueled Sl engines.
In this study, a three-dimensional transient simulation with a knock model was performed to predict knock occurrence and autoignition site in a heavy-duty LPG engine. A FAE (Flame Area Evolutoin) premixed combustion model was applied to simulate flame propagation. The coefficient of the reduced kinetic model was adjusted to LPG fuel and used to simulate autoignition in the unburned gas region. Engine experiments using a single-cylinder research engine were performed to calibrate the reduced kinetic model and to verify the results of the modeling. A pressure transducer and a head-gasket type ion-probe circuit board were installed in order to detect knock occurrences, flame arrival angles, and autoignition sites. Knock occurrence and position were compared for different piston bowl shapes. The simulation concurred with engine experimental data regarding the cylinder pressure, flame arrival angle, knock occurrence, and autoignition site. Furthermore, it provided much information about in-cylinder phenomena and solutions that might help reducing the knocking tendency. The knock simulation model presented in this paper can be used for a development tool of engine design.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.1
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pp.76-83
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2002
Mathematically and chemically simplified reaction scheme for n(heptane that simulates autoignitions of the end gases in spark ignition engines has been developed and studied computationally. The five(equation model is described, to predict the essential features of hydrocarbon oxidation. This scheme has been calibrated against autoignition delay times measured in rapid compression machines. The rate constants, activation temperatures, Ta, Arrhenius pre-exponential constants, A, and heats of reaction for stoichiometric nheptane/air has all been optimized. Comparisons between computed and experimental autoignition delay times have validated the present simplified reaction scheme. The influences of heat loss and concentration of chain carrier at the beginning of compression upon autoignition delay times have been computationally investigated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.6
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pp.778-787
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1999
In this study, the autoignition process of liquid fuel, injected into hot and stagnant air in a 2-D axisymmetric confined cylindrical combustor, has been investigated. Eulerian-Lagrangian scheme was adopted to analyze the two-phase flow and combustion. The unsteady conservation equations were used to solve the transition of the gas field. Interactions between two phases were accounted by using the particle source in cell (PSI-Cell) model, which was used for detailed consideration of the finite rates of transports between phases. And infinite conduction model was adopted for the vaporization of droplets. The results have shown that the process of the autoignition consists of heating up of droplets, vaporization, mixing and ignition. The ignition criteria could be determined by the temporal variations of temperature, reaction rate and species mass fraction. And the effects of various parameters on ignition phenomena are examined. These have shown that the increasing the reaction rate and/or the vaporization rate can reduce the ignition delay time.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.9
no.4
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pp.44-49
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2001
Reduced chemical kinetics mechanism has been derived, which can be applicable for autoignition model of hydrocarbon fuels, and contains 23 reactions and 18 species. The present model is validated with the experimental data, where the ignition delays of several hydrocarbon fuels, such as n-heptane, i-octane, n-decane and DME(dimethylether) are measured as equivalence ratios are varied. Especially, the effects of different fuels on ignition delays can be explained by changing the rate constants of three reactions among the present model. As a result, the proposed model can be applicable to two stage ignition model of Diesel combustion.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.5
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pp.30-40
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1992
Spark knock obstructs any improvement in the efficiency and performance of an engine. As the knock mechanism of spark ignition engine, the detonation and the autoignition theory have been offered. In this paper, the knock model was established, which was able to predict the onset of knock and knock timing of spark ignition engine by the basis of autoignition theory. This model was a function of engine speed and equivalent air-fuel ratio. When this established knock model was tested from 1000rpm to 3000rpm of engine speed data, maximum error was crank angle 2 degrees between measured and predicted knock time. And the main results were as follows by the experimental analysis of spark knock in spark ignition engine. 1) Knock frequency was increased as engine speed increased. 2) Knock amplitude was increased as mass of end gas increased. 3) Knock frequency was occured above minimum 18% mass fraction of end gas.
The present study is mainly motivated to investigate the vaporization, autoignition, and combustion of liquid fuel spray injected into high pressure environment. In order to represent these phenomena realistically, discrete droplet model (DDM) which simulates the spray using finite number of representative droplets was adopted for detailed consideration of the finite rate of uansport between liquid and gas phases. The Eulerian-Lagrangian formulation was used to analyze the two-phase interactions. The high pressure vaporization model was applied using the thermodynamic and phase equilibrium at droplet surface. The high pressure effect as well as high temperature effect was considered in the calculation of liquid and gas properties. The characteristics of spray in high pressure environment were explained by comparison with normal pressure case.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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