In order to analyze the sensitivity on the pulverized coal flames of the several variables, a numerical study was conducted at the gasification process. Eulerian approach is used for the gas phase, whereas lagrangian approach is used for the solid phase. Turbulence is modeled using the standard $k-{\varepsilon}$ model. The turbulent combustion incorporates eddy dissipation model. The radiation was solved using a Monte-Carlo method. One-step two-reaction model was employed for the devolatilization of Kideco coal. In pulverized flame of long liftoff height, the initial turbulent intensity seriously affects the position of flame front. The radiation heat transfer and wall heat loss ratio distort the temperature distributions along the reactor wall, but do not influence the reactor performance such as coal conversion, residence time and flame front position. The primary/secondary momentum ratio affects the position of flame front, but the coal burnout is only slightly influenced. The momentum ratio is a variable only associated with the flame stabilization such as flame front position. The addition of steam in the reactor has a detrimental effect on all the aspects, particularly reactor temperature and coal burnout.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.29
no.6
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pp.662-670
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2005
With highly oxygenated fuels the smoke emissions decreased sharply and linearly with increases in the fuel oxygen content and entirely disappeared at an oxygen content of $38wt-\%$ even at stoichiometric mixture conditions The NOx also decreased monotonically with increases in oxygen content. and thermal efficiency slightly improved because of a reduction in cooling loss and improvement in the degree of constant volume combustion. The mechanisms of the significant reductions in emissions and improvement in engine performance were analyzed with a bottom view type DI diesel engine. Together with direct flame images, flame images were taken through an optical fetter passing only two wavelengths for use in 2-D two-color analysis. The results showed that luminous flame decreased significantly with increases in oxygen content and was not detected for neat dimethoxy methane(DMM). The decrease in flame luminosity with highly oxygenated fuels corresponds with decreases in soot and cooling losses, including those due to heat radiation. The 2-D two-color flame analysis indicated that the high temperature flame and high KL factor areas apparently decreased with increasing fuel oxygen content. These results correspond strongly with decreases in NOx. smoke. and cooling loss with increases in oxygen content.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.2
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pp.223-229
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2004
Combustion using oxygen enriched air is known as a technology which can increase thermal efficiency due to increase of the flame temperature. Flame shapes, schlieren photos, OH radical chemiluminescence and local flame temperature were examined as a function of OEC(Oxygen Enriched Concentration) in a coaxial non-premixed jet. With increase of OEC, flame length and width decreased, but its brightness increased significantly, and the size of vortices in the flame also increased. Especially, the reaction around the flame surface became active. The strong OH intensity appeared to be made and moved from middle stream to upper one with increase of OEC, which shows combustion reaction in the upper stream becomes more dominant In addition, the temperature distributions of the flames showed similar tendency with OH radical intensities. A flame with high temperature and strong stability was obtained with increasing OEC of the coflow.
Adding small amounts of air to the fuel is used in many commercial combustors to avoid sooty flame. But partially premixed jet flame has lower blowout velocity, $u_{b.o}$, than nonpremixed one. Increasing blowout limit would be one of the key factors to develope highly intense compact combustion devices. Swirling flow enhances fuel and air mixing and induces a highly turbulent recirculation zone, which helps flame stabilization. It was known that NOx emission decreases with swirl on the proper range of swirl number. And it was shown that the flame interaction in multiple jets also increases $u_{b.o}$ owing to the internal recirculation and reduces NO emission. If the effects of swirl and flame interaction are combined together in partially premixed flame, both $u_{b.o}$ increasement and NOx emission reduction could be achieved. Blowout limits of partially premixed interacting propane flame in the swirling air coflow are investigated experimentally. The results show that the flame is not extinguished up to the experimental limits, 210 m/s, at the swirl number of 0.32 and $X_{F,o}$ = 0.46.
Flame structure, which contains a useful information for studying combustion instability of the flame, is often quantitatively visualized with PLIF (planar laser-induced fluorescence) and/or chemiluminescence images. The latter, a line-integral of a flame property, needs to be preprocessed before being inverted, mainly due to its inherent noise and the axisymmetry assumption of the inversion. A preprocessing scheme utilizing multi-division of ROI (region of interest) of the chemiluminescence image is proposed. Its feasibility has been tested with OH PLIF and $OH^*$ chemiluminescence images of SNG (synthetic natural gas) swirl-stabilized flames taken from a model gas turbine combustor. It turns out that the multi-division technique outperforms two conventional ones: those are, one without preprocessing and the other with uni-division preprocessing, reconstructing the SNG flame structure much better than its two counterparts, when compared with the corresponding OH PLIF images. It is also found that the Canny edge detection algorithm used for detecting edges in the multi-division method works better than the Sobel algorithm does.
We investigated a uniform temperature zone, produced by double flame structure of a co flow CH4/air partially premixed flame, to be used as a temperature calibration source for laser diagnostics. A broadband N2 CARS(coherent anti-Stokes Raman spectroscopy) system with a modeless laser was used for temperature measurement. When the stoichiometric ratio was 1.5, we found the uniform temperature zone in radial direction of the flame of which the averaged temperature was 2110 K with standard deviation 24 K. In the stoichiometric ratio range between 2.0 and 2.5, we found very stable temperature-varying zones in vertical direction at the center of the flame. The size of the zone was approximately 15 mm and it covered a temperature range from 300 K to 1900 K. We also suggest that this zone can be used as a calibration source for 2-D PLIF(planar laser induced flurescence) temperature measurement.
This study was carried on the combustion characteristics of a pure light oil and emulsified fuels at high-pressure injection in a spray combustion installation, The volume fractions of water in an emulsion were varied up to 30% and the injection pressures were 7.5, 100, 200, and $300kg_f/cm^2$. The concentrations of NOx and the average temperatures of flame were measured. And Images of OH radical using ICCD camera and instantaneous schlieren photography of flames were photographed. It was found that the temperature distribution of axial distance in the emulsified fuels was increased in the upstream and decreased in the down stream. The temperature distribution of radial distance was high at the peripheral regions of the spray in the upstream and at the central regions of spray in the downstream, The intensity of OH radical was denser at the water content 10% than at the pure light oil over the injection pressure $200kg_f/cm^2$.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.20
no.6
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pp.61-69
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2016
This study is the results related to the combustion instability phenomenon with respect to combustor length and thermal power as variables in dual swirling combustor configuration. Especially, the beating phenomena having the insensitive resonance frequency of relatively constant peaks are observed when the combustor lengths increase in a lower power regime. This beating phenomenon might be occurred due to the interacting behaviors of pilot and main burners with different periods. Therefore, such insensitive response seems to be a result of the beating phenomenon with interaction between the pilot and main flames even though the combustor lengths are increased.
Structure of edge flame established in a mixing layer, formed between two uniformly flowing pure $CH_4$ and pure $O_2$ streams, is numerically investigated by employing a detailed methane-oxidation mechanism. The numerical results exhibited the most outstanding distinction of using pure oxygen in the fuel-rich premixed-flame front, through which the carbon-containing compound is found to leak mainly in the form of CO instead of HC compounds, contrary to the rich $CH_4-air$ premixed flames in which $CH_4$ as well as $C_2H_m$ leakage can occur. Moreover, while passing through the rich premixed flame, a major route for CO production, in addition to the direct $CH_4$ decomposition, is found to be $C_2H_m$ compound formation followed by their decomposition into CO. Beyond the rich premixed flame front, CO is further oxidized into $CO_2$ in a broad diffusion-flame-like reaction zone located around moderately fuel-rich side of the stoichiometric mixture by the OH radical from the fuel-lean premixed-flame front. Since the secondary CO production through $C_2H_m$ decomposition has a relatively strong reaction intensity, an additional heat-release branch appears and the resulting heat-release profile can no longer be seen as a tribrachial structure.
The evolution of incipient soot particles has been examined by high resolution electron microscopy (HRTEM) and elemental analyzer in ethylene-air inverse diffusion flames. Laser Induced Incandescence(LII) and laser scattering methods were introduced for examining the soot volume fraction and morphological properties in combustion generated soot qualitatively. Soot particles, collected by thermophoretic sampling, were analyzed by using HRTEM to examine the nano structure of precursor particles. HRTEM micrographs apparently reveal a transformation of condensed phase of semitransparent tar-like material into precursor particles with relatively distinct boundary and crystalline which looks like regular layer structures. During this evolution histories, C/H analysis was also performed to estimate the chemical evolution of precursor particles. The changes of C/H ratio of soot particles with respect to residence time can be divided into two parts: one is a very slowly increasing regime where tar-like materials are transformed into precursor particles (inception process) the other is an increasing region with constant rate where surface growth affects the increase of C/H ratio dominantly (surface growth process). These results provide a clear picture of a transition to mature soot from precursor materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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