Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제30권5호
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pp.572-579
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2006
Accurate heat release analysis based on the cylinder pressure trace is important for evaluating combustion process of diesel engines. However, traditional single-zone heat release models (SZM) have significant limitations due mainly to their simplified assumptions of uniform charge and homogeneity while neglecting local temperature distribution inside cylinder during combustion process. In this study, a heat release analysis based on single-zone model has been evaluated by comparison with computational simulation result using Fire-code, which is based on multidimensional model (MDM). The limitations of the single-zone assumption have been estimated, To overcome these limitations, an improved model that includes the effects of spatial non-uniformity has been applied. From this improved single-zone heat release model (Improved-SZM), two effective values of specific heat ratios, denoted by ${\gamma}_V$ and ${\gamma}_H$ in this study, have been introduced. These values are formulated as the function of charge temperature changing rate and overall equivalence ratio. Also, it is applied that each equation of ${\gamma}_V$ and ${\gamma}_H$ has respectively different slopes according to several meaningful periods during combustion progress. The heat release analysis results based on improved single-zone model gives a good agreement with FIRE-code results over the whole range of operating conditions of target engine, Hyundai HiMSEN H21/32.
Heat release analysis is a very important method for understanding the combustion phenomena inside an engine cylinder. In this study, one-zone heat release analysis was used with the measured cylinder pressures of a HSDI(high speed direct injection) and IDI(indirect injection) diesel engines, Those have benefits of simple equation, fast speed, reliability. The objective of the study is to compare the combustion characteristics between a HSDI and an IDI. The result shoes that the maximum heat release rate of a HSDI is higher than that of an IDI because of long ignition delay period. The heat release curve of an IDI is more linear than that of a HSDI, thus is similiar to that of a SI engine. The combustion efficiency of a HSDI is higher than that of an IDI because of the smaller heat transfer loss of a HSDI. There is a suggestion here that an IDI engine has broad heat transfer area which include two combustion chambers, the connection passage of combustion chambers, etc.
Heat release analysis is a very importent method in understanding the combustion phenomena inside an engine cylinder. In this study, one-zone heat release analysis was used with the mesured cylinder pressures of an IDI(indirect injection), a HSDI(high speed direct injection) and a SI(spark ignition) engine. It has benefits of simple equation, fast speed, reliability. The object of the study is to compare the combustion characteristics among an IDI, a HSDI and SI engine. Result of analysis, the maximum heat release rate of a HSDI is higher than an IDI because of long ignition delay period. The heat release curve of a IDI is more linear than an HSDI, so the combustion characteristics of a IDI is similiar to that of an SI engine. There is a suggestion here that the combustion efficiency of a HSDI is highest of that of all engines because of the smallest heat transfer loss of all engines.
This study describes the combustion characteristics of methance-air mixture with various equivalence retio and initial conditions of mixture in constant volume combustion chamber. Combustion characteristics of methane-air mixture such as combustion pressure, combustion temperature, and heat release were investigated by the measurement of combustion pressure and temperature in the combustion chamber. The results show that maximum combustion pressure, gas temperature and rate of heat release have peaks at equivalence ratio of 1.1. Combustion duration is also the shortest at the equivalence ratio of 1.1 and it is shortened as initial mixture temperature increases.
An one-zone heat release analysis was studied for a 6 cylinder direct injetction compressionignition engine. The heat transfer constants in this anlysis were calibrated to match the measured fuel energy at 1,000 rpm full load, which was the fuel mass multiplied by the fuel's heating value. The integrated gross heat release values were close to the measured fuel energy at various full load operating conditions. The combustion inefficiency from this calculation was proportional to the smoke of exhaust gas.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제18권2호
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pp.91-96
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1994
Intake gases other than air, which is composed of oxygen, nitrogen, carbon dioxide, and argon, are used to study their effects on the performance of the diesel engine experimentally. The engine is operated at constant speed and fixed fuel injection timing, and cylinder pressure and heat release rate are measured at various intake gas compositions. The results show that increase of oxygen concentration improves the performance of the engine generally. The adverse effect is observed when the oxygen concentration is increased over the critical oxygen concentration of this test, mainly because of the over-shortened ignition delay. Increase of carbon dioxide concentration degardes the performance of the engine, mainly due to the lower specific heat ratio of carbon dioxide. Adding argon gas to the intake gas improves the overall performance. Finally, it is found that two most influencing factors affecting the performance of the diesel engine in this study are ignition delay and speific heat ratio of the intake gas.
Measurements of OH chemiluminescence in an atmospheric pressure, laboratory-scale dump combustor at equivalence ratios ranging from 0.63 to 0.89 were reported. The signal from the first electronically excited state of OH to ground state was detected through a band-pass filter with an ICCD. The objectives of this study are two: One is to see the effects of equivalence ratio on global heat release rate and local Rayleigh index distribution. To get the local Rayleigh index distribution, the line-of-sight images were inverted by tomographic method, such as Abel do-convolution. Another aim is to investigate the validity of using OH chemiluminescence acquired with an ICCD as a qualitative measure of local heat release. For constant inlet velocity and temperature, the overall intensities of OH emission acquired at different equivalence ratio showed periodic and higher value at high equivalence ratio. OH intensity averaged over one period of pressure increased exponentially with equivalence ratio. Local Rayleigh index distribution clearly showed the region of amplifying or damping the combustion instability as equivalence ratio increased. It could provide an information/insights on active control such as secondary fuel injection. Finally, local heat release rate derived from reconstructed OH images were presented fur typical locations.
Combustion instabilities are an important concern associated with lean premixed combustion. Laboratory-scale dump combustor was used to understand the underlying mechanisms causing combustion instabilities. Experiments were conducted at atmospheric pressure and sound level meter was used to track the pressure fluctuations inside the combustor. Instability maps and phase-resolved OH chemiluminescence images were obtained at several conditions to investigate the mechanism of combustion instability and relations between pressure wave and heat release rate. It showed that combustion instability was susceptible to occur at higher value of equivalence ratio (>0.6) as the mean velocity was decreased. Instabilities exhibited a longitudinal mode with a dominant frequency of ∼341.8 Hz, which corresponded to a quarter wave mode of combustor. Heat release and pressure waves were in-phase when instabilities occurred. Rayleigh index distribution gave a hint about the location where the strong coherence of pressure and heat release existed. These results also give an insight to the control scheme of combustion instabilities. Emission test revealed that NOx emissions were affected by not only equivalence ratio but also combustion instability.
밀폐된 구획실 화재에서 화원의 면적 및 위치, 화재성장률, 구획 체적의 변화가 열발생률을 포함한 주요 화재특성에 미치는 영향이 검토되었다. 이를 위해 닫힌 개구부가 적용된 ISO 9705 화재실을 대상으로 Fire Dynamics Simulator (FDS)를 활용한 화재시뮬레이션이 수행되었다. 주요 결론으로서, 화원의 면적 및 위치의 변화는 최대 열발생률, 총 열량, 상층부의 최대 온도 및 화학종 농도를 포함한 구획 내의 열적 특성과 화학적 특성에 큰 영향을 주지 않음을 확인하였다. 그러나 화재성장률과 구획 체적의 증가는 최대 열발생률 및 총 열량의 증가를 가져오며, 한계산소농도의 감소 및 최대 CO 농도의 증가를 발생시킨다. 마지막으로 화재성장률과 구획 체적의 함수로 표현된 최대 열발생률의 상관식을 도출하여, 밀폐된 구획실 화재에 대한 화재성장곡선의 적용을 위한 방법론이 제안되었다.
The unsteady heat release characteristics play a significant role in combustion instabilities observed in low emissions gas turbine combustors. Such combustion instabilities are often caused by coupling mechanisms between unsteady heat release rates and acoustic perturbations. A generalized model of the turbulent flame response to acoustic perturbations is analytically formulated by considering a distributed heat release along a curved mean flame front and using the flame's kinematic model that incorporates the turbulent flame development. The effects of the development of flame speed on the flame transfer functions are examined by calculating the transfer functions with a constant or developing flame speed. The flame transfer function due to velocity fluctuation shows that, when a developing flame speed is used, the transfer function magnitude decreases faster with Strouhal number than the results with a constant flame speed at low Strouhal numbers. The flame transfer function due to mixture ratio fluctuation, however, exhibits the opposite results: the transfer function magnitude with a developing flame speed increases faster than that with a constant flame speed at low Strouhal numbers. Oscillatory behaviors of both transfer function magnitudes are shown to be damped when a developing flame speed is used. Both transfer functions also show similar behaviors in the phase characteristics: The phases of both transfer functions with a developing flame speed increase more rapidly than those with a constant flame speed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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