The propagation rates of advancing and retreating non-premixed edge flames in a slot-jet counterflow were measured as a function of strain rate for varying jet spacing, mixture strength, stoichiometric mixture fractions $(Z_{st})$ and Lewis numbers (Le). Methane and propane fuels were tested and nitrogen and carbon dioxide were used as inerts. As results, we could identify igniting fronts, retreating fronts, two total extinction limits, and short-length edge flames. A burner separation affected to a low extinction limit only. Regimes for advancing and retreating edges together with total extinction were mapped in terms of normalized flame thickness and heat loss factor for $CH_4/O_2/N_2$ mixtures. Edge flames for $Z_{st}$ > 0.5 behaved like a stronger mixture while for $Z_{st}$ < 0.5 showed deteriorated feature, because of relative locations of a non-premixed flame and intermediate species such as CO and $H_2$. Furthermore, due to the relative importance of heat loss, propagating speeds of edge flames were significantly enhanced in $CH_4/O_2/CO_2$ mixtures (Le < 1) demonstrating increasing stability limits. However $C_3H_8/O_2/N_2$ mixtures (Le > 1) showed opposite result.
The flame lengths and NOx emission characteristics of syngas $H_2$/CO turbulent non-premixed jet flames were investigated. The flame length which is the main parameter governs NOx emission was studied for various syngas compositions. The flame length was compared with previous correlation between Froude number and flame height and it shows that they have good agreements. It was confirmed that the turbulent jet flames herein investigated are in the region of buoyancy-momentum transition. NOx emission was reduced with increased Reynolds number and CO contents in syngas fuel and with decreased fuel nozzle diameter which is attributed by decreased flame residence time. Previous EINOx scaling based on flame residence time of $L_f^3/(d_f^2U_f)$ satisfies only the jet flame in momentum-dominated region, not buoyancy-momentum transition region. The simplified flame residence time ($L_f/U_f$) was adopted in modified EINOx scaling. The modified scaling satisfies the jet flames not only in momentum-dominated region but in buoyancy-momentum transition region. The scaling is also satisfied with $H_2$/CO syngas jet flames.
An experimental study was conducted for three different fuels($CH_4$, $C_2H_4$ and $C_3H_8$) to investigate the combustion characteristics and the local reaction intensity with combustor pressure(-30kpa~30kpa). Regardless of fuel composition, EINOx decreased with reducing pressure decreased. Structure and combustion characteristics were also largely affected by the combustor pressure. In addition, reaction intensity in terms of the changing combustor pressure and equivalence ratio was investigated. Combustion reaction in higher than atmospheric pressure was very active than the lower combustor pressure. When the combustor pressure is lower than the atmospheric pressure, the overall reactivity is noticeably enhanced due to the elevated diffusion process of unburned mixture. It was found that the combustion characteristics of the methane and propane flames are considerably influenced by the pressure while those of ethylene flame are less sensitive to the combustor pressure.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제18권1호
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pp.81-91
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1994
Combustion noise involved with chemical heat release and turbulent process in turbopropulsion systems, gasturbine, industrial furnaces and internal engines is indeed noisy. The experimental study reported in this paper is made to identify a dominant combustion noise in jet flames. Gaseous propane and kerosene fuel have been used with air as the oxidizer in a different jet combustion systems. Combustion and aerodynamic noise are studied through far field sound pressure measurements in an anechoic chamber. And also mean temperature and velocities and turbulent intensities of both isothermal and reacting flow fields were measured. It is shown that axial mean velocity of reacting flow fields is higher about 1 to 3m/sec than that of cold flow in a gaseous combustor. As the gaseous fuel flow rate increases, the acoustic power increases. But the sound pressure level for the spray flame decreases with increasing equivalence ratio. The influence of temperature in the combustion fields due to chemical heat release has been observed to be a dominant noise source in the spray flame. The spectra of combustion noise in gaseous propane and kerosene jet flame show a predominantly low frequency and a broadband nature as compared with the noise characteristics in an isothermal air jet.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제27권7호
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pp.889-898
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2003
The soot yield is studied by a premixed propane-oxygen-inert gas combustion in a specially designed disk-type constant-volume combustion chamber to investigate the effect of turbulence on soot formation. Premixtures are simultaneously ignited by eight spark plugs located on the circumference of chamber at 45 degree intervals in order to observe the soot formation under high pressures and high temperatures. The eight flames converged compress the end gases to a high pressure. The laser schlieren and direct flame photographs for observation field with 10 mm in diameter are taken to examine into the behaviors of flame front and gas flow in laminar and turbulent combustion. The soot volume fraction in the chamber center during the final stage of combustion at the highest pressure is measured by the in situ laser extinction technique and simultaneously the corresponding burnt gas temperature by the two-color pyrometry method. It is found that the soot yield of turbulent combustion decreases in comparison with that of laminar combustion because the burnt gas temperature increases with the drop of heat loss.
The soot yield has been studied by a premixed propane-oxygen-inert gas combustion in a specially designed disk-type constant-volume combustion chamber to investigate the effects of pressure, temperature and turbulence on soot formation. Premixtures are simultaneously ignited by eight spark plugs located on the circumference of chamber at 45 degree intervals in order to observe the soot formation under high pressures. The eight flames converged compress the end gases to a high pressure. The laser schlieren and direct flame photographs for observation field with 10 mm in diameter are taken to examine into the behaviors of flame front and gas flow in laminar and turbulent combustion. The soot volume fraction in the chamber center during the final stage of combustion at the highest pressure is measured by the in situ laser extinction technique and simultaneously the corresponding burnt gas temperature by the two-color pyrometry method. The pressure and temperature during soot formation are changed by varying the initial charge pressure and the volume fraction of inert gas compositions, respectively. It is found that the soot yield increases with dropping temperature and rising pressure at constant equivalence ratio, and that the soot yield of turbulent combustion decreases in comparison with that of laminar combustion because the burnt gas temperature increases with the drop of heat loss.
The lifted oscillating flame has been studied using experiments of inverse diffusion flames that the air jet injected into a methane background. To find out the characteristics of inverse diffusion flames, fundamentally flame stabilized diagram is investigated with various air and fuel jet velocities. It has five regions - flame extinction, stable attached flame, anchored flame, liftoff flame and blow off region. In inverse diffusion flame, lifted flames were observed near the blow off region. As long as flames lift off, flames oscillate by periods. In this oscillating lifted flame region, the frequency of 1 and under were observed in various air and methane jet velocities. Characteristics of lifted flames are also examined by using the ICCD direct image. And intensity of flame chemiluminescence is very different in rising and falling period from photographs. For the present, it is predicted that the changes of flame structure are related with flame oscillation, but more experiments will be needed to make clear the phenomenon.
The relationship among the flame radiation, NOx emissions, residence time, and global strain rate are examined for turbulent non-premixed jet flames with wide variations in coaxial air conditions. Measurements of NOx emission, flame geometry and flame radiation were made to explain the NOx emission scaling based on global parameters such as flame residence time, global strain rate, and radiant fraction. The overall 1/2-power scaling is observed in coaxial air flames, irrespective of coaxial air conditions, but the degree of deviation from the l/2-slope curve in each case differs from one another. From the comparison between the results of pure hydrogen flames and those of helium diluted hydrogen flames, it is observed that flame radiation plays a significant role in pure hydrogen flames with coaxial air and the deviation from 1/2-power scaling may be explained in two reasons: the difference in the flame radiation and the difference in jet similarity in coaxial air flames. From the radiation measurements, more detailed explanations on these deviations were suggested.
Basic flow fields of two dimensional V flames were examined as a preliminary work to study the instability of premixed flame with vorticity generation. Laminar premixed propane and methane flame were anchored by electrically heated wire to make two dimensional V flames. Flow fields were measured mainly by PIV(Particle Image Velocimetray) and the results were compared with those obtained by LDV(Laser Doppler Velocimetry) to confirm their reliability. Because the curvatures of V flames are so small, V flames were locally assumed to be inclined planar flames in gravitational field. The measured flow fields were locally compared with those of analytical solutions, which showed the qualitatively similar results. In downstream region, the vorticity fields were nearly constant except region near the center line, which support the assumption of locally one dimensional flame. Besides it was tried to find experimentally the similarity of flow fields in downstream region. Finally, stability diagram of propane and methane flames were drawn for the equivalence ratio less than one and the wide range of mean velocity.
The usefulness of unsteady combustion was experimentally investigated using confined premixed flames stabilized by a rearward-facing step. For this purpose, apparatus of forced pulsating mixture supply, which could be modulated its amplitude and frequency, was designed. The unsteady combustion used in this experiment plays an important role in controlling self-excited combustion oscillations and furthermore it exhibits desirable performance, from a practical point of view, such as high combustion and reduction of pollutant emission like nitric oxide.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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