The main objective of this study was investigation of combustion instability characteristics in a lean partially premixed gas turbine dump combustor. Dynamic pressure transducers were located on combustor and inlet section to observe combustion pressure oscillation and difference at each measurement places. Also flame shape and $CH^*$ chemiluminescence were measured using a high speed ICCD camera. The combustor length was varied in order to have different acoustic characteristics from 800 to 1090 mm. The first section of this paper shows the stability map in model gas turbine combustor. And the effects of combustor length, mixture velocity in the mixing section and equivalence ratio were studied by the pressure perturbation and heat release oscillation. Also, the instability frequency and mode analysis were studied in last two sections. We observed two dominant instability frequencies in this study. Lower frequencies were obtained at lower equivalence ratio region and it was associated with a fundamental longitudinal mode of combustor length. Higher frequencies were observed in higher equivalence ratio conditions. It was related to secondary longitudinal mode of combustor and mixing section. In this instability characteristics, pressure oscillation of mixing section part was larger than pressure oscillation of combustor. As a result, combustion instability was strongly affected by acoustic characteristics of combustor and mixing section geometry.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.8
s.239
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pp.963-970
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2005
The combustion instability of turbulent flames is the most important problem of the gas turbine combustor. Thus improved understanding of mechanisms of combustion instability is necessary for the design and operation of gas turbine combustors. In this study, the cause of the combustion instability in a rearward-step dump combustor was investigated with respect to the fuel flow modulation; choked fuel flow, unchoked fuel flow and fully premixed mixture flow. We observed various types of combustion instabilities with respect to the change of equivalence ratio, fuel flow conditions and fuel injection location. Particularly in the unchoked fuel flow condition, it was found that the oscillation time of combustion instability is strongly related to the convection time of the fuel and that the pressure fluctuation in a lab-scale combustor is highly related to the vortex and the equivalence ratio fluctuations due to fuel flow modulation and unmixedness of the fuel and air.
In the direct injected gasoline engine, atomized spray is desired to achieve efficient mixture formation needed to good engine performance because the injection process leaves little time for the evaporation of fuels. Therefore, substantial understanding of global spray structure and quantitative characteristics of spray are decisive technology to optimize combustion system of a GDI engine. The combustion and emission characteristics of gasoline-fueled stratified-charge compression ignition(SCCI) engine according to intake temperature and compression ratio was examined. The fuel was injected directly to the cylinder under the high temperature condition resulting from heating the intake port. With this injection strategy, the SCCI combustion region was expanded dramatically without any increase in NOx emissions, which were seen in the case of compression stroke injection. Injection timing during the intake temperature was found to be an important parameter that affects the SCCI region width. The mixture stratification and the fuel reformation can be utilized to reduce the required intake temperature for suitable SCCI combustion under each set of engine speed and compression ratio conditions.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.15
no.4
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pp.35-40
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2011
An experimental study of the flame response in a turbulent premixed combustor has been conducted in order to investigate mechanisms for combustion instabilities in a lean premixed gas turbine combustor. A lab-scale combustor and mixing section system were fabricated to measure the flame transfer function. Measurements are made of the velocity fluctuation in the nozzle using hot wire anemometry and of the heat release fluctuation in the combustor using chemiluminescence emission. The results show that the flame transfer functions are greatly dependent on the modulation frequency as well as operating conditions such as equivalence ratio. Flame dynamics can be generalized as a function of Strouhal number which is a ratio of flame length to modulation wave length.
In a closed-compartment with various configurations, the correlation that can predict the maximum heat release rate (HRR) with the changes in internal volume and fire growth rate was investigated numerically. The volume of the compartment was controlled by varying the length ratio based on the bottom surface shape of the ISO 9705 fire room, where the ceiling height was fixed to 2.4 m. As a main result, the effect of a change in ceiling height on the maximum HRR was examined by a comparison with a previous study that considered the change in ceiling height. In addition, a more generalized correlation equation was proposed that could predict the maximum HRR in closed-compartments regardless of the changes in ceiling height. This correlation had an average error of 7% and a maximum error of 19% for various fire growth rates when compared with the numerical results. Finally, the applicability of the proposed correlation to representative fire compartments applied to the domestic performance-based design (PBD) was examined. These results are expected to provide useful information on predicting the maximum HRR caused by flashover in closed-compartments as well as the input information required in a fire simulation.
Wood has an essential drawback such as high combustion ability. The purpose of this paper is to examine the combustion properties of the quercus variabilis and zelkova serrata dried at room temperature. The cone calorimeter (ISO 5660-1) was used to determine the heat release rate (HRR) and fire smoke index, as well as CO/$CO_2$ production and smoke obscuration. The total heat release (THR), $140.2\;MJ/m^2$ of the quercus variabilis under an external $50\;kW/m^2$ was high in comparison with THR $85.7\;MJ/m^2$ for the zelkova serrata. Furthermore, the quercus variabilis has high total smoke production (TSP), $3.50\;m^2$ compared with TSP $0.65\;m^2$ of zelkova serrata. Thease results depend on the bulk density of tested wood species. In addition, the CO/$CO_2$ production ratio of zelkova serrata and quercus variabilis was measured as 0.053, 0.043, respectively. Also, zelkova serrata showed an increase of fire-resistance attributed to char formation compared with that of quercus variabilis.
Lee, Sung Won;Lim, Gi Hun;Park, Cheol Woong;Choi, Young;Kim, Chang Gi
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.5
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pp.473-479
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2013
This study focused on a heavy-duty natural gas engine fuelled with HCNG (CNG: 70 vol%, hydrogen: 30 vol%) and CNG. To study the emission characteristics of an HCNG engine with high compression ratio, the exhaust gas of CNG and HCNG fuel were analyzed in relation to the change in the compression ratio at the half load condition. The results showed that the thermal efficiency improved with an increase in the compression ratio. Consequently, $CO_2$ emission decreased. CO emission increased with inefficient oxidation due to the low exhaust gas temperature. $NO_x$ emission with high compression ratio was increased at the same excess air ratio condition. However, $NO_x$ emission was not affected by a compression ratio exceeding ${\lambda}$ = 1.9 because of the same MBT timing.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.19
no.1
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pp.82-88
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2011
Lean combustion and exhaust emission characteristics in a ethanol fueled spark-ignited engine according to ethanol-gasoline fuel blending ratio were investigated. The test engine was $1591cm^3$ and 10.5 of compression ratio SI engine with 4 cylinders. In addition, lambda sensor system was connected with universal ECU to control the lambda value which is varied from 1.0 to 1.5. The engine performance and lean combustion characteristics such as brake torque, cylinder pressure and rate of heat release were investigated according to ethanol-gasoline fuel blending ratio. Furthermore, the exhaust emissions such as carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbon (HC), nitrogen oxides ($NO_x$) and carbon dioxide ($CO_2$) were measured by emission analyzers. The results showed that the brake torque, cylinder pressure and the stability of engine operation were increased as ethanol blending ratio is increased. Brake specific fuel consumption (BSFC) was increased in higher ethanol blending ratio while brake specific energy consumption (BSEC) was decreased in higher ethanol blending ratio. The exhaust emissions were decreased as ethanol blending ratio is increased under overall experimental conditions, however, some specific exhaust emission characteristics were mainly influenced by lambda value and ethanol-gasoline fuel blending ratio.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.9
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pp.923-928
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2015
The FDS is one of the most used programs for fire analysis and needs an optimal grid selection for an accurate analysis. This study selected various grid aspect ratios (ARs) for selection of optimal grid and analyzed them with FDS v 6.1.2. A calculation time of 10 min. was used, which is enough to obtain the time average value of temperature changes. Temperature, visibility, and the time average value of mass balance are obtained from 200-600 s, which is a period of maintaining quasi-steady state. Two polyurethane fires of 1 [MW] and 2 [MW] in two enclosures of $10{\times}10{\times}3[m^3]$ and $20{\times}20{\times}3[m^3]$ were considered. Time variations of heat release rates, temperature, visibility, and mass balance were compared for ARs from 1-6. The heat release rates were accurate for all aspect ratios regardless of fire and enclosure sizes. The quasi-steady state temperature and visibility were well predicted for $AR{\leq}5$. Temperature drop and skewness of mass conservation, however, increased with increasing aspect ratio. Therefore, careful investigation of the grid size is recommended in performance-based design when $AR{\geq}3$, where temperature and visibility in early stage of a fire are important parameters. For accurate simulations of enclosure fires, grid sizes of 0.1~0.2 [m] and smaller in the vertical direction and $AR{\leq}2$ are recommended.
The objective of this work is to numerically reveal the effect of equivalence ratio change on the simultaneous reduction of NOX and soot emissions from the simulated-EGR compression ignition engine containing CO2. An experiment was conducted by using a single-cylinder common-rail injection system engine, an intake control system, and exhaust emissions analyzers. The numerical analysis results were validated under the same experimental conditions. To investigate the effect of equivalence ratio by simulated-EGR containing CO2, the O2, N2, and CO2 mole fraction were changed in the initial air conditions to the cylinder. The results were analyzed in terms of peak cylinder pressure, indicated mean effective pressure, indicated specific nitrogen oxide, and indicated specific soot. It was revealed that ignition delay characteristics and heat release rate (ROHR) characteristics were not significantly different according to the equivalence ratio. However, as the equivalence ratio increased from 0.68 to 0.83, the maximum combustion pressure and IMEP decreased by about 6.5% and 9.4%, respectively. In the case of ISFC, as is well known, the trend is opposite of IMEP. In the case of ISNO, as the equivalence ratio increased, less NO was generated, and as the equivalence ratio increased by 0.05, the ISSoot value of about 10% increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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