• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• 제40권2호
• /
• pp.102-106
• /
• 2016

An experimental study on the flow characteristics under various laminar coflow diffusion flames was conducted with a particular focus on the buoyancy force exerted from gaseous hydrocarbon fuels. Methane ($CH_4$), ethylene ($C_2H_4$), and n-butane ($C_4H_{10}$) were used as the fuels. A coflow burner and the Schlieren imaging technique were used to observe the flow field of each fuel near the nozzle exit as well as the flow characteristics in the flames. The results show that a vortex with a density heavier than air appeared in n-butane near the nozzle exit with a strong negative buoyancy on the fuel steam. As the Reynolds number increased through the control of the fuel velocity of the n-butane flame, the vortices were greater and the vortex tips were moved up from the nozzle exit. In addition, the heated nozzle affected the flow fields of the fuel steam near the nozzle exit.

• 대한기계학회:학술대회논문집
• /
• 대한기계학회 2003년도 추계학술대회
• /
• pp.362-367
• /
• 2003

It is shown that the effect of variable parameters on flame structures and NOx emissions in the laminar partially premixed methane-air flames with a co-axial Bunsen burner. Objectives of this paper is to understand the effects of flow variables on NOx emissions and the flame structure with OH chemiluminescence, including reconstructed image by abel inversion processing at each conditions. A fuel flowrate of 200 [cc/min] was fixed and the amount of air was varied from 400 to 1200 [cc/min]. The experimental variables were equivalence ratio(${\Phi}$ fuel split percentage(${\sigma}$ and inner tube recess(x/D). Flow conditions were ranged from $1.36{\sim}4.76$(equivalence ratio), $50{\sim}100$(fuel split percentage) and $0{\sim}20$(inner tube recess). NOx analyzer and ICCD camera with a OH filter were used as a main experimental apparatus. In addition, Abel inversion, which is a kind of tomography and valuable to estimate a two-dimensional structure of co-axial flames from cubical information, was employed for combustion diagnostics. Results from this study indicate that the main effects depend on equivalence ratio and next sigma, x/D for NOx production and OH formation. Throughout Abel inversion, we could affirm the maximum position and the tendency of OH radical intensity by variants at five axial heights above the burner exit.

• 한국화재소방학회논문지
• /
• 제33권5호
• /
• pp.13-18
• /
• 2019

본 연구에서는 한국형발사체와 유사한 작동환경에서 Jet A1 액체연료의 매연 입자특성에 대해 농도를 측정함으로써 그 결과를 고찰하였다. 발사체환경과 유사한 대기 조건을 모사하기 위해 연소챔버의 산소 농도를 30%로 유지하고 내부 압력을 0.06 MPa에서 0.1 MPa 까지 변화시켜가며 실험을 통해 수행하였고, 대기의 조성을 질소, 헬륨, 이산화탄소 가스로 치환하여 실험을 수행하였다. 직경이 2 mm인 Jet-A1 액적에 동일한 점화에너지를 인가하여 발생 되는 매연 입자의 농도를 전역 광소멸 기법을 이용하여 측정하였다. Jet-A1 액적 화염의 매연 입자입자의 농도는 모든 압력조건에서 대기의 조성이 질소로 치환된 경우 높았으며, 이산화탄소로 치환된 경우 가장 낮았다. 압력이 낮아질수록 매연의 입자농도가 감소하였고, 대기압력의 Pⁿ 형태로 감소하는 경향을 확인하였다.

• 한국연소학회:학술대회논문집
• /
• 한국연소학회 1998년도 제17회 KOSCI SYMPOSIUM 논문집
• /
• pp.139-154
• /
• 1998

Under certain circumstance, premixed turbulent flame can be treated as wrinkled thin laminar flame and its motion in a hydrodynamic flow field has been investigated by employing G-equation. Past studies on G-equation successfully described certain aspects of laminar flame propagation such as effects of stretch on flame speed. In those studies, flames were regarded as a passive interface that does not influence the flow field. The experimental evidences, however, indicate that flow field can be significantly modified by the propagation of flames through the volume expansion of burned gas. In the present study, a new method to be used with G -equation is described to include the effect of volume expansion in the flame dynamics. The effect of volume expansion on the flow field is approximated by Biot-Savart law. The newly developed model is validated by comparison with existing analytical solutions of G -equation to predict flames propagating in hydrodynamic flow field without volume expansion. To further investigate the influence of volume expansion, present method was applied to initially wrinkled or planar flame propagating in an imposed velocity field and the average flame speed was evaluated from the ratio of flame surface area and projected area of unburned stream channel. It was observed that the initial wrinkling of flame cannot sustain itself without velocity disturbance and wrinkled structure decays into planar flame as the flame propagates. The rate of decay of the structure increased with volume expansion. The asymptotic change in the average burning speed occurs only with disturbed velocity field. Because volume expansion acts directly on the velocity field, the average burning speed is affected at all time when its effect is included. With relatively small temperature ratio of 3, the average flame speed increased 10%. The combined effect of volume expansion and flame stretch is also considered and the result implied that the effect of stretch is independent of volume release.

• 설비공학논문집
• /
• 제27권12호
• /
• pp.609-619
• /
• 2015

A preprocessing scheme utilizing multi-division of the ROI (region of interest) in a chemiluminescence image during inversion is proposed. The resulting inverted image shows the flame's structure, which can be useful for studying combustion instability. The flame structure is often quantitatively visualized with PLIF (planar laser-induced fluorescence) images as well. The chemiluminescence image, which is a line-integral of the flame, needs to be preprocessed before inversion, mainly due to the inherent noise and the assumption of axisymmetry during the inversion. The feasibility of the multi-division preprocessing technique has been tested with experimentally-obtained OH PLIF and $OH^*$ chemiluminescence images of jet and swirl-stabilized flames burning substitute natural gas (SNG). It turns out that the technique outperforms two conventional methods, specifically, the technique without preprocessing and the one with uni-division, reconstructing the SNG flame structures much better than its two counterparts when compared using corresponding OH PLIF images. The characteristics of the optimum degree of polynomials to be applied for curve-fitting of the flame region data for the multi-division method involving two flames has also been investigated.

• 한국가스학회지
• /
• 제11권4호
• /
• pp.17-22
• /
• 2007

비예혼합 대향류화염에서 산소부화에 따른 NOx 생성특성에 관한 수치해석이 수행되었다. 순산소의 연소과정에서 공기침투에 의한 부득이한 질소 유입의 상황을 체계적으로 고려하기 위하여, 산화제의 $O_2$는 체적비 21%에서 100%까지 변화되었다. 결과적으로 NO 배출지수$(EI_{NO})$는 산소부화율 75%까지 증가하다가 급격히 감소하는 경향을 보여준다. 이러한 경향은 화염온도, 화염두께 및 체류시간 보다는 NOx 생성과 관련된 $N_2$ 소모율 변화에 의해 설명될 수 있음을 확인하였으며, 특히 N+NO=$N_2+O$ 반응이 가장 크게 기여함을 알 수 있었다.

• 한국추진공학회지
• /
• 제18권1호
• /
• pp.73-84
• /
• 2014

본 논문에서는 화학발광 계측을 통한 연소화염의 당량비, 열방출율과 같은 물리량 판단에 대한 최신 연구결과를 정리 분석하였다. 현대의 연소장치는 연소의 동적 안정성 증대 및 공해물질 배출억제를 위해 세밀한 제어가 필요하다. 화학발광 세기 계측을 통한 물리량 파악은 그 적용에 있어서 많은 상대적 장점을 지니고 있다. 그러나 본 방법은 당량비, 연소압력, 입구온도, 난류세기, 연료 종류 등에 의해 많은 영향을 받는다. 연구결과를 종합하면, 메탄/공기 예혼합 화염에서 $CH^*/OH^*$가 연료 과농 조건을 제외하고 당량비와 밀접한 관계가 있다. 또한 넓은 공간에서 측정된 $OH^*$, $CH^*$ 신호는 전체 열방출율과 비례관계를 갖는 것으로 판단된다.

• 해양환경안전학회지
• /
• 제26권7호
• /
• pp.915-921
• /
• 2020

연소실 내 공조현상으로 인해 발생되는 열음향 불안정성은 안정적인 연소시스템을 구현하기 위해 해결해야 하는 고질적인 문제로 제기되어 왔다. 열음향 불안정성은 크게 1차 2차 열음향 불안정성으로 나뉘며, 본 연구에서는 열음향 불안정성 중 2차 열음향 불안정성의 천이에 관해 열손실이 미치는 영향에 대한 실험적 연구를 진행하였다. 2차 열음향 불안정성을 발생시키기 위해 한쪽 끝이 열린 1/4 파장 공명기를 채택하여 수직으로 설치하였고, 공명기 내부에는 예혼합 가스를 주입하였다. 또한 공명기 상단으로 발생하는 열손실 효과를 비교하기 위해 추가적으로 외부 동축류 관을 설치하였다. 연료 농후조건의 예혼합 가스만을 채택하여 주입하였기 때문에 동축관에 주입되는 기체에 따라 공명기 상부에 추가적인 확산화염이 형성될 수 있다. 그 결과 확산화염이 발생되었을 경우 공명기 상단으로의 열손실이 감소하며 2차 열음향 불안정성이 발현되었으며, 확산화염이 억제되어 공명기 상단으로의 열손실이 증가하였을 경우 2차 열음향 불안정성의 발현이 억제되는 결과를 도출하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제21권6호
• /
• pp.553-560
• /
• 2010

The characteristics of syngas-oxyfuel combustion has been investigated experimentally in the present study. Experimental measurements were conducted to aid a fundamental design of a syngas-oxyfuel combustor with a double coaxial burner configuration. To examine the effects of different syngas fuels on combustion characteristics, various fuel types are utilized such as commercial coal gases (Texaco, Shell), COG (cokes oven gas), and $CH_4$ as a main component of natural gas. $CO_2$ was added to the four fuel types as a diluent gas to reduce the flame temperature. The flame images and emission characteristics of NOx and CO were examined for various equivalence ratio and $CO_2$ dilution ratio. The results show that CO emission was rapidly increased as equivalence ratio approached the stoichiometry condition by reducing the amount of oxygen. As the $CO_2$ dilution increased, CO emission increased while NOx emission decreased due to reduced flame temperature. When the syngas-oxyfuel combustor is operated with 20~40% of $CO_2$ dilution ratio, the CO and NOx emission levels were kept below 50 ppm and 25 ppm, respectively, with a high concentration of $CO_2$ over 95 vol.% in exhaust gases.

• 한국추진공학회지
• /
• 제20권4호
• /
• pp.40-49
• /
• 2016

본 연구의 목적은 저선회 모델 연소기에서 저선회 연소의 특성을 확인하는 것이다. 이를 위해 선회각도에 따른 화염의 형상 및 안정화 영역, 배기성능에 대한 평가가 실험적으로 수행되었다. 저선회 연소의 큰 특징은 화염이 부상되어 존재하게 되는데, 이러한 부상화염은 확대유동과 예혼합 화염의 전파특성이 절묘하게 결합되어 발생하게 된다. 본 연소기에서 이러한 부상화염의 특징을 속도 유동장을 통하여 확인하였으며 화염을 가시화하여 나타내었다. 가시화된 화염은 열용량과 당량비에 따라 분류하였다. 선회각도의 변화에 따른 연구를 통해 선회각도만으로도 희박 가연한계를 확장시킬 수 있음을 보였다. 또한 선회각도가 증가할수록 혼합이 향상되고 체류시간이 짧아져 NOx와 CO의 배출이 감소되는 것으로 확인되었다.