본 연구에서는 정상초음파의 간섭에 의해 야기되는 프로판/공기 예혼합화염의 사각관내 전파거동 및 구조안정화를 규명하기 위한 실험결과를 제시한다. 전파화염의 이미지는 고속카메라를 이용하여 획득하였으며, 이미지 후처리를 통해 정상초음파 유무에 따른 화염선단의 구조변이와 전파속도를 상세히 관찰하였다. 전파속도는 정상초음파가 교반하는 경우 증가하였으며, 이론당량비에서 벗어남에 따라 초음파의 영향은 보다 크게 발현하였다. 정상초음파에 의한 화학반응과 혼합의 촉진은 화염선단의 형상에 대한 부력의 영향을 압도하여 화염의 구조적 안정화에 기여한다.
A cylindrical constant volume combustion chamber was used to investigate the flow characteristics at spark plug and the combustion characteristics of homogeneous charge methane-air mixture under various initial pressure, excess air ratio and ignition times in quiescent mixture. The flow characteristics such as mean velocity and turbulence intensity was analyzed by hot wire anemometer. Combustion pressure development measured by piezoelectric pressure transducer and flame propagation acquired by ICCD camera were used to investigate the effect of initial pressure, excess air ratio and ignition times on pressure, combustion duration, flame speed and burning velocity. Mean velocity and turbulence intensity had the maximum value at 200 or 300ms and then decreased to near 0 value gradually after 3 seconds. Combustion duration, flame speed and burning velocity were observed to be promoted with excess air ratio of 1.1, lower initial pressure and ignition time of 300ms.
The purpose of this study is to investigate the flame propagation phenomenon in the combustion chamber of spark-ignition gasoline engine for the idling condition. by means of four ion probes located through the cylinder head, the time intervals for the flame to arrive at the respective probes are read on th visicorder char. As results, the flame is considered to initiate after some ignition delay and to propagate through the central space of combustion chamber with rather constant speed on the order of 25m/sec, and thereafter to be slowed down approaching the wall. Additionally, the retardation of flame in the wall boundary layer could be inferred. The maximum pressure is developed when the flame nearly touches the wall diagonal to the spark plug. And some features of flame propagation are elucidate.
In this study, single cylinder engines with different tumble ratio were made to find out in-cylinder fluid motion and flame propagation. Tumble ratio derived from the steady state flow rig test. Flame propagation speed was obtained using cylinder head gasket ionization probe and the piston ionization probe. And the combustion pressure in cylinder was measured to analyze the combustion characteristics. In case of high tumble engine, BSFC and BSHC were decreased and BSNOx was increased at part load test. Also BMEP and combustion peak pressure was increased at full load test. Tumble flow motion had an great effects on initial burning period rather than main burning period in part load test.
직사각형 폭발 챔버에서 전파하는 화염과 직사각형 장애물의 상관관계를 조사하기 위한 실험적 연구가 수행되었다. 챔버내에 10%, 20%및 30%의 blockage ratio를 가지는 3가지 직사각형 장애물들이 사용되었다. 전파하는 화염과 장애물의 상관관계를 조사하기 위해 고속카메라가 사용되었다. 고속카메라로 얻어진 화염 이미지로부터 장애물 주위의 국부 화염속도 및 그 화염속도의 확률밀도함수가 계산되었다. 실험결과, 전파하는 화염이 직사각형 장애물의 모서리와 상호작용할 때 국부 화염속도는 증가하였다. 그 증가속도는 장애물의 Blockage Ratio가 증가할 때 더욱 커지는 것으로 나타났다. 그러나, 평균화염속도는 Blockage Ratio에 큰 의존성을 가지지 않는 것으로 나타났다. 이 연구에서 사용된 작은 L(Lenlgth)/D(Diameter)비를 가지는 폭발 챔버내에서 전파하는 화염전면과 직사각형 장애물과의 상관관계는 L/D비가 큰 문헌에서 보고된 결과와 비교하면, Blockage Ratio에 따른 의존성은 작은 것으로 나타났다.
This study describes the combustion characteristics under various condition of air excess ratio and ignition timing in a 2-valve SI optically accessible engine with swirl control valve(SCV). It adapted three different types of SCV(open ratio 72.5%, 78%, 59%) to strengthen a swirl flow. Pressure data were acquired using pressure sensor to investigate the effect of swirl flow on combustion, and from these pressure data, IMEP(indicated mean effective pressure) and MFB(mass fraction burnt) were calculated to explain burn rate and flame speed. From acquired flame images, we inspected the flame propagation direction, flame area, and flame centroid. Flame propagation direction showed different tendency between with/without SCV, and flame area with SCV was faster and larger than that of conventional engine. Finally, the representative flame images at each crank angle were acquired by PDF method to verify flame growth process. It is found that strengthened swirl flow is more beneficial for faster and stable combustion.
정상초음파장의 주파수 변이가 프로판/공기 예혼합화염의 전파거동 및 구조변이에 미치는 영향을 규명하기 위해 실험적 연구를 수행하였다. 다양한 당량비 조건에서 슐리렌 기법을 적용한 전파화염 가시화와 연소실 내부압력 측정을 통해 생성물 영역에서의 화염 구조변화 및 전파특성을 관찰하였다. 정상초음파가 존재할 경우 화염선단이 찌그러지고 기연부에서 횡방향 줄무늬가 생성되며, 이러한 구조변이는 정상초음파의 주파수에 종속한다. 또, 전파속도는 정상초음파가 교반하는 경우 증가되며, 화염전파 거동에 미치는 초음파의 영향은 주파수의 증가에 따라 보다 명확해진다는 사실도 확인되었다.
To clarify the effects of equivalence ratio, initial pressure and temperature on the flame propagation and radicals characteristics, a series of the experimental study were conducted in a quiescent methane-air premixture using a constant volume chamber. The development of the flame was visualized following the start of ignition using high speed schlieren photo and radical images by intensified CCD camera. Combustion pressure and ion current were recorded simultaneously according to the experimental conditions which were equivalence ratio with 0.7 to 1.2, initial pressure with 0.08 MPa to 0.40 MPa and initial premixture temperature with 3l3.2K to 403.2K. The results showed that the flame speed by ion current and mass fraction burned by combustion pressure characterized the effects of flame propagation very well. And increased combustion duration due to lean combustion condition that was below equivalence ratio, 0.8 caused cycle variation and decreasing the power of engine.
Exhaust gas emissions from internal combustion engines are one of the major sources of air pollution. And, it is extremely difficult to increase gasoline engine efficiency and to reduce $NO_X$ and PM(particulate matter) simultaneously in diesel combustion. This paper offers some basic concepts to overcome the above problems. To solve the problems, a recommended technique is CAI(controlled auto-ignition) combustion. In this paper, a flame trap was used to simulate internal EGR(exhaust gas recirculation) effect. An experimental study was carried out to find combustion characteristics using homogeneous premixed gas mixture in the constant volume combustion chamber(CVCC). Flame propagation photos and pressure signals were acquired to verify the flame trap effect. The flame trap creates high speed burned gas jet. It achieves higher flame propagation speed and more stable combustion due to the effect of geometry and burned gas jet.
It is very important to clarify the ignition and flame propagation processes of methanol fuel in the Spark-ignition engine. High speed Schlieren photography and pressure trace analyses were used to study on combustion characteristics of methanol fuel in a constant volume chamber. Methanol-air mixtures equivalence rations from lean limit to 1.4 were ignited at initial pressure (0.1, 0.3, 0.5 MPa), temperature (313 343, 373 K) and ignition energy (40, 180 mJ). As the result of this study, we verified the characteristics such as ignition delay, effective thermal efficiency, flame propagation velocity, lean limit, ignitability and combustion duration. Obatained results are as follows. (1) The time to 10% reach of maximum pressure was 40-50% of the total combustion duration for this experimental condition hardly affected by equivalence ratio. (2) The Effective thermal efficiency, as calculated from maximum pressure was the highest when the mixture was slightly lean $({\phi} 0.8-0.9)$ and maximum pressure was the highest when the mixiture was slightly rich $({\phi} 1.2-1.2).$
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[게시일 2004년 10월 1일]
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