Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제26권4호
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pp.457-463
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2002
The closed cycle diesel engine is used in a closed circuit system which has no air breathing. The working fluid as intake mixture are consisted of oxygen, argon and recirculated exhaust gas in order to obtain underwater or underground power sources. In the present study, the high pressure diesel engine which can be operated by the closed cycle system with high intake pressure for increasing the net power rate is designed. It has been carried out to investigate the combustion characteristics of high pressure diesel engine according to the power rate. The maximum cylinder pressure and heat release rate were investigated. Also, major experimental data such as specific fuel consumption rate, oxygen concentrations, fuel conversion efficiency, polytropic exponent, and IMEP were compared with low pressure diesel engine experimental data.
The closed cycle diesel system is operated in closed circuit system where there is non air breathing with working fluid consists of combination of oxygen, argon and recycled exhaust gas far obtaining underwater or underground power sources. Experimental apparatus using the MTU8V183SE92 high pressurized engine adapted for closed cycle running, capable of operating at the system pressure of maximum 5 bar is constructed with ACAP as data acquisition system in order to operate equally in the open cycle in surface or the closed cycle in submerged conditions. The general features and the characteristics of combustion of HP(high pressure) diesel engine, specially designed and manufactured only for CCDE, are investigated. The test results of performance of HP diesel engine in closed cycle system are presented with respect to power and boost pressure and compared with those of low pressure diesel engine. The oxygen concentration and specific heat ratio are investigated with its deviation
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제24권4호
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pp.446-453
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2000
The closed cycle diesel system is operated in closed circuit system where there is non air breathing with working fluid consisted of the combination of oxygen, argon and recycled exhaust gas for obtaining underwater or underground power sources. this study has been carried out to analysis the performance of closed cycle system by means of investigation on the combustion characteristics of diesel engine MTU8V183TE52 operating in open, semi-closed, and closed cycle modes. The combustion in closed mode starts a little bit earlier than in open cycle mode. The oxygen concentration and fuel consumption at 240kW closed cycle running are 21∼24% by volume and 77∼79kg/h, respectively. The maximum cylinder pressure and ignition delay time are investigated 110bar and 8.9degree. Also, The combustion simulation program has been studied to predict whether or not combustion. The results from numerical prediction for the basic, cylinder averaged quantities such as the cylinder pressure and the heat release showed excellent with the experimental data.
In operating the underwater engines such as encountered in exploring submarines, the dumping of the exhaust gas out of the engine requires a large portion of the total power, frequently amounting to 25-30% of the power generated. This unfavorable circumstance can be cured by liquefying the exhaust gas and storing it. In the present study, two liquefaction systems were simulated to enhance the overall efficiency; one is a closed cycle diesel engine and the other is a closed cycle LNG engine. The liquefied natural gas (LNG) is chosen as a fuel, not only because its use is economical but also because its cold energy can be utilized within the liquefaction system. Since a mixture of oxygen and carbon dioxide is used as an oxidizer, liquefying carbon dioxide is of major concern in this study. For further improving this system, the intercooling of the compressor is devised. The necessary power consumed for the liquefying system is examined in terms of the related properties such as pressure and temperature of the carbon dioxide vessel as a function of the amount of the exhaust gas which enters the compressor. The present study was successful to show that much gain in the power and reduction of the vessel pressure could be achieved in the case of the closed cycle LNG engine. The compression power of exhaust gas were observed remarkably lower, typically only 6.3% for the closed cycle diesel engine and 3.4% for the closed cycle LNG engine respectively, out of net engine power. For practicality, a design -purpose map of the operating parameters of the liquefaction systems was also presented.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제28권6호
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pp.894-905
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2004
The closed cycle diesel propulsion system is free from the problem of the intake air, exhaust gas and their control that are associated with the conventional diesel propulsion system. The system is composed of a main engine, an exhaust cooler. a $CO_2$ scrubber and a $O_2$ mixer. In this paper, a hardware using microprocessor is proposed in order to monitor and control the oxygen and ratio of specific heat for underwater diesel propulsion system. Also simulation is carried out to ascertain the performance of proposed system.
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.
A stirling engine is a mechanism used to convert heat to power and operates on a closed regenerative thermodynamic cycle with compression and expansion of the working fluid at different temperature. The performance of a stilting cycle machine is a function of six independent parameters, namely; (1) speed N(r.p.m), (2) pressure of the working fluid p(Pa), (3) ratio of the temperature in the compression and expansion space ${\tau}(=T_C/T_E)$ , (4) ratio of the swept volumes in these two spaces K, (5) phase angle $\alpha$ and (6) dead volume ratio X. This paper describes the procedure and presents the results of computations carried out to establish the optimum combinations of these six parameters for maximum engine output for the machine acting as a prime mover, over a combined temperature range from $300^{\circ}K$ to $1000^{\circ}K$ and dead volume ratio X ranging from 0.1 to 2.0. The output of a stilting cycle machine can be expressed in terms of nondimensional power in several different ways. Four methods were studied in detail, the parameters optimized and design charts and engine power charts prepared. The results of this paper may be useful as a guide to the likely effects on the performance of some of the important design parameters and regenerator design.
The intake system of 4-cycle, 4-cylinder reciprocating engine is investigated the simple model composed of vessel, duct and throttling part. The numerical calculation based on the simulation is performed for the flow phenomena including heat transfer, friction and bend of duct at each part. In the multi-cylinder engine, the volumetric efficiency is increased a little as the junction location is closed to cylinder at the engine speed having maximum volumetric efficiency. The configuration and dimension of intake system have an influence on the inertia effect by resistance and pressure variation, and the magnitude of that is varied by the engine speed. Thus the volumetric efficiency is correlative to them. The volumetric efficiency is high as the intake valve close is advanced at the low engine speed, and is delayed at high speed.
Combustion and fuel distribution characteristics of heavy duty engine with the liquid phase LPG injection(LPLI) were studied in a single cylinder engine, Swirl ratio were varied between 1.2, 2.3, and 3.4 following Ricardo swirl number(Rs) definition, Rs=2.3 showed the best results with lower cycle-by-cycle variation and shorter burning duration in the lean region while strong swirl(Rs=3.4) made these worse for combustion enhancement. Excessive swirl resulted in reverse effects due to high heat transfer and initial flame kernel quenching. Fuel injection timings were categorized with open valve injection(OVI) and closed valve injection(CVI). Open valve injection showed shorter combustion duration and extended lean limit. The formation of rich mixture in the spark plug vicinity was achieved by open valve injection. With higher swirl strength(Rs=3.4) and open valve injection, the cloud of fuel followed the flow direction and the radial air/fuel mixing was limited by strong swirl flow. It was expected that axial stratification was maintained with open-valve injection if the radial component of the swirling motion was stronger than the axial components. The axial fuel stratification and concentration were sensitive to fuel injection timing in case of Rs=3.4 while those were relatively independent of the injection timing in case of Rs=2.3.
Power conversion cycles (Subcritical Steam, Supercritical Steam, Open Air Brayton, Recuperated Air Brayton, Combined Cycle, Closed Brayton Supercritical CO2 (sCO2), and Stirling) are evaluated for land-based nuclear microreactors based on technical maturity, system efficiency, size, cost and maintainability, safety implications, and siting considerations. Based upon these criteria, Air Brayton systems were selected for further evaluation. A brief history of the development and applications of Brayton power systems is given, followed by a description of how these thermal-to-electrical energy conversion systems might be integrated with a nuclear microreactor. Modeling is performed for optimized cycles operating at 3 MW(e) with turbine inlet temperatures of 500 ℃, 650 ℃ and 850 ℃, corresponding to: a) sodium fast, b) molten salt or heat pipe, and c) helium or sodium thermal reactors, coupled with three types of Brayton power conversion units (PCUs): 1) simple open-cycle gas turbine, 2) recuperated open-cycle gas turbine, and 3) recuperated and intercooled open-cycle gas turbine. Aeroderivative turboshaft engines employing the simple Brayton cycle and two industrial gas turbine engines employing recuperated air Brayton cycles are also analyzed. These engines offer mature technology that can facilitate near-term deployment with a modest improvement in efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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