Flame structures and NOx formation characteristics in the flame lets of coflow and counterflow diffusion flame are numerically studied. Calculations were carried out twice with the $C_2-Full$ and $C_2-Thermal$ Mechanism for each flame. Mixture fractions and scalar dissipation rates are used as the parameters to compare the flame let structures and NOx formation characteristics quantitatively. It was found that there is a similarity in flame temperature and stable species profiles except radical profiles between two flamelets. And there are some differences in NOx concentration and production rates. These results imply that the flow effects must be considered in calculations for NOx formation of turbulent flames using Laminar Flamelet Model.
This study has numerically modelled the combustion processes of the turbulent swirling premixed lifted flames in the low-swirl burner (LSB). In these turbulent swirling premixed flames, the four tangentially-injected air jets induce the turbulent swirling flow which plays the crucial role to stabilize the turbulent lifted flame. In the present approach, the turbulence-chemistry interaction is represented by the level-set based flamelet model. Two-dimensional and three-dimensional computations are made for the various swirl numbers and nozzle length. In terms of the centerline velocity profiles and flame liftoff heights, numerical results are compared with experimental data The three-dimensional approach yields the much better conformity with agreements with measurements without any analytic assumptions on the inlet swirl profiles, compared to the two-dimensional approach. Numerical clearly results indicate that the present level-set based flamelet approach has realistically simulated the structure and stabilization mechanism of the turbulent swirling stoichiometric and lean-premixed lifted flames in the low-swirl burner.
Kim, Yong-Mo;Lee, Joon-Kyu;Ahn, Jae-Hyun;Kim, Seong-Ku
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.16
no.7
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pp.1009-1018
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2002
The Representative Interactive Flamelet (RIF) concept has been applied to numerically simulate the combustion processes and pollutant formation in the direct injection diesel engine. Due to the ability for interactively describing the transient behaviors of local flame structures with CFD solver, the RIF concept has the capabilities to predict the auto-ignition and subsequent flame propagation in the diesel engine combustion chamber as well as to effectively account for the detailed mechanisms of soot formation, NOx formation including thermal NO path, prompt and nitrous 70x formation, and reburning process. Special emphasis is given to the turbulent combustion model which properly accounts for vaporization effects on the mixture fraction fluctuations and the pdf model. The results of numerical modeling using the RIF concept are compared with experimental data and with numerical results of the commonly applied procedure which the low-temperature and high-temperature oxidation processes are represented by the Shell ignition model and the eddy dissipation model, respectively. Numerical results indicate that the RIF approach including the vaporization effect on turbulent spray combustion process successfully predicts the ignition delay time and location as well as the pollutant formation.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.16
no.2
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pp.143-149
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2008
The present study is mainly motivated to investigate the vaporization, auto-ignition and spray combustion processes in DI diesel engine using DME and n-heptane. In order to realistically simulate the dimethyl ether (DME) spray dynamics and vaporization characteristics in high-pressure and high-temperature environment, the high-pressure vaporization model has been utilized. The interaction between chemistry and turbulence is treated by employing the Representative Interaction Flamelet (RIF) model. The detailed chemistry of 336 elementary steps and 78 chemical species is used for the DME/air reaction. Based on numerical results, the detailed discussion has been made for the distinctly different combustion characteristics of DME diesel engine in term of vaporization, ignition delay, pollutant formation, and heat release rate.
Mild combustion or Flameless oxidation(FLOX) have been considered as one of the most prospective clean-combustion technologies to meet both the targets of high process efficiency and low pollutant emissions. A mild combustor with high air preheating and strong internal exhaust gas recirculation is characterized by relatively low flame temperature, low NOx emissions, no visible flame and no sound. In this study, the Steady Flamelet Approach has been applied to numerically analyze the combustion processes and NOx formation in the mild combustor. The detailed discussion has been made for the basic characteristics of mild combustor, numerical results and limitation of the present combustion modeling.
In order to realistically predict the combustion characteristics of the oxy-fuel flame, the present study employs the non-adiabatic flame let approach. In this combustion model, the detailed equilibrium chemistry is utilized to accurately account for the thermal dissociation as well as to properly include the radiative cooling effects on the detailed chemistry. Numerical results indicate that the present approach has the capability to correctly capture the essential features and precise structure of the oxy-fuel flames. In this work, the detailed discussion has been made for the characteristics of oxy-fuel flames, the capability and defect of the present approach and also uncertainties of experimental data.
This paper computes the bluff-body stabilized jet and flame. This study numerically investigates the nonpremixed $C_{2}H_{4}-air$ jet for the nonreacting case and the nonpremixed $CH_{3}OH-air$ turbulent flames for the reacting case using the laminar flamelet model on modified KIVA2 code. And this study predicts $NO_{x}$ formation characteristics using Eulerian Particle Flamelet Model. In the present study, the turbulent combustion model is applied to analyze both nonreacting and reacting case. And both standard $k-{\varepsilon}$ model and modified $k-{\varepsilon}$ model are used in nonreacting case. Calculations are compared with experimental data in terms of velocity, mixture fraction, mixture fraction Root Mean Square and Temperature. The present model correctly predicts the essential features of flame structures and $NO_{x}$ formation characteristics in the bluff-body stabilized flames.
The present study is mainly motivated to investigate the vaporization, auto-ignition and combustion processes in the high-pressure engine conditions. The high-pressure vaporization model is developed to realistically simulate the spray dynamics and vaporization characteristics in high-pressure and high-temperature environment. The interaction between chemistry and turbulence is treated by employing the Representative Interactive Flamelet (RIF) Model. The detailed chemistry of 114 elementary steps and 44 chemical species is adopted for the n-heptane/air reaction. In order to account for the spatial inhomogeneity of the scalar dissipation rate, the multiple RIFs are introduced. Numerical results indicate that the RIF approach together with the high-pressure vaporization model successfully predicts the ignition delay time and location as well as the essential features of a spray ignition and combustion processes.
The LES-based level-set flamelet model has been applied to analyze the turbulent propane/air premixed bluff-body flame with a highly wrinkled flame fronts. The present study has been motivated to investigate the interaction between the flame front and turbulent eddies. Special emphasis is given to study the effect of G equation filtering treatment on the precise structure of turbulent premixed flames as well as the effect of sub-grid scale (SGS) eddies on the wrinkling of the flame surface. The level-set/flamelet model has been adopted to account for the effect of turbulence-flame interaction as well as to properly capture the flame front. Numerical results indicate that the present LES-based level-set flamelet approach has a capability to realistically simulate the highly non-stationary turbulent premixed flame.
Kim, Gun-Hong;Kang, Sung-Mo;Kim, Yong-Mo;Kim, Seong-Ku
한국연소학회:학술대회논문집
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2004.06a
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pp.75-82
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2004
The conditional moment closure(CMC) model has been implemented in context with the unstructured-grid finite-volume method which efficiently handle the physically and geometrically complex turbulent reacting flows. The validation cases include a turbulent nonpremixed $CO/H_2/N_2$ Jet flame and a turbulent nonpremixed $H_2/CO$ flame stabilized on an axisymmetric bluff-body burner. In terms of mean flame field, minor species and NO formation, numerical results has the overall agreement with expermental data. The detailed discussion has been made for the turbulence-chemistry interaction and NOx formation characteristics as well as the comparative performance for CMC and flamelet model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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