The impacts of equivalence ratio on the flow structure and flame dynamics in a model gas turbine combustor are investigated using large eddy simulation(LES). Dynamic k-equation model and G-equation flamelet model are employed as LES subgrid model for flow and combustion, respectively. As a result of mean flow field for each equivalence ratio, the increase of equivalence ratio brings about the decrease of swirl intensity through the modification of thermal effect and viscosity, although the same swirl intensity is imposed at inlet. The changes of vortical structure and turbulent intensity etc. near flame surface are occurred consequently. That is, the decrease of equivalence ratio can leads to the increase of heat release fluctuation by the more increased turbulent intensity and fluctuation of recirculation flow. In addition, the effect of inner vortex generated from vortex breakdown on the heat release fluctuation is increased gradually with the decrease of equivalence ratio. Finally, it can be identified that the variations of vortical structure play an important role in combustion instability, even though the small change of equivalence ratio is occurred.
The impacts of equivalence ratio on flow structure and flame dynamic in a model gas turbine combustor are investigated using large eddy simulation(LES). Dynamic k-equation model and G-equation flamelet model are employed as LES subgrid model for flow and combustion, respectively. As a result of mean flow field for each equivalence ratio, the increase of equivalence ratio brings about the decrease of swirl intensity through the modification of thermal effect and viscosity, although the same swirl intensity is imposed at inlet. The changes of vortical structure and turbulent intensity etc. near flame surface are occurred consequently. That is, the decrease of equivalence ratio can leads to the increase of heat release fluctuation by the more increased turbulent intensity and fluctuation of recirculation flow. In addition, the effect of inner vortex generated from vortex breakdown on the heat release fluctuation is increased gradually with the decrease of equivalence ratio. Finally, it can be identified that the variations of vortical structure play an important role in combustion instability, even though the small change of equivalence ratio is occurred.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.23
no.2
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pp.60-67
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2019
To understand the low frequency instability(LFI) characteristics in hybrid rockets combustion, effects of equivalence ratio variations on the phase shift between pressure and heat release oscillations were investigated by using the direct numerical simulation. The change in the equivalence ratio of the main chamber was simulated by the temperature and composition variation of the combustion gas introduced into the post-combustion chamber. In the results, additional combustion appeared along with vortex generation at the backward step, and combustion pressure and heat release oscillations were observed as the vortex moved. In addition, the results confirmed that the phase difference between the pressure and heat release oscillation shifts because of the changes in the propagation velocity of pressure wave as the temperature of combustion gas changes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.9
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pp.658-665
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2009
Lean premixed combustors are used for significant NOx reduction which one of issues in current gas turbine combustor. This study was investigated to estimate the effects of the unmixedness of fuel-air, equivalence ratio on the instability mechanism, NOx emission and combustion oscillation in a lean premixed combustor. The experiments were conducted in a dump combustor at atmospheric pressure conditions using methane as fuel. The swirler angle was $45^{\circ}$, the degrees of fuel-air mixing were 0, 50 and 100 and inlet temperature was 650K. The equivalence ratio was ranging from 0.5 to 0.8. This paper shows that NOx emission was increased when the degree of fuel-air mixing is increased in same equivalence ratio and when equivalence ratio is increased. And the range of the combustion instability was enlarged as a function of increasing of the degree of fuel-air mixing.
The CH* chemiluminescence of premixed flames and their dependency on fuel types has been experimentally investigated on laminar methane and propane premixed flames. The measured chemiluminescence intensities are observed linearly proportional to the fuel flow rate, which could be interpreted as the CH* chemiluminescence signal is linearly proportional to the heat release rate under fuel lean conditions. The effect of equivalence ratio could be expressed by an exponential function as ${I_{CH*}}^{\propto}\;a_1\;{\exp}(b_1{\Phi})$, where $a_1\;=\;0.00054$ and $b_1\;=\;4.60$ for methane and $a_1\;=\;0.0056$ and $b_1\;=\;5.02$ for propane. Oscillating flames showed the temporal fluctuation of chemiluminescence intensity: however, the time averaged values are virtually identical to those of quiescent flames under the same fuel flow rate and equivalence ratio conditions. This observation suggests that there is no significant flame stretch effect on chemiluminescence intensity, in average values.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.24
no.4
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pp.421-426
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2000
A study on the combustion and exhaust emissions characteristics of diesel engine with various suction air humidity is performed experimentally. In this paper, suction air humidity is changed from RH 50% to RH 90%, the experiments are performed at engine speed 1800rpm, and main measured parameters are cylinder pressure, fuel consumption rate, CO, HC, NOx and Soot emissions etc. Increase of suction air humidity from RH 50% to RH 90% does not effect specific fuel consumption, decreases maximum pressure in cylinder, ratio of maximum pressure rise and net heat release, and delays ignition timing. Also, that increases CO and HC emissions, decreases NOx emissions, but does not constant in changing tendency on emission.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.8
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pp.743-752
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2013
This is the second paper on the combustion characteristics of landfill gas in a constant volume combustion chamber for a large displacement volume commercial engine, and it discusses the combustion process on the basis of pressure measurements. The results show that the bimodal peak pressure phenomenon, which is caused by the interaction of the heat release and the heat transfer, is more apparent as the mixtures are more favorable to combustion, and the magnitudes of the pressures depend on the unburned fraction. In addition, there exist four main inflection points during heat release owing to variations in the heat transfer area related to flame propagation from the ignition point. Furthermore, the number of inflection points increases as the mixture quality worsens because of the extended burn duration. Consequently, the sophisticated interactions between the heat transfer area changing pattern due to flame propagation and transfer duration might cause very peculiar heat release patterns.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2016.05a
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pp.79-80
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2016
In the event of a fire on the outer walls of an architectural structure, through real scale experiments with the purpose of estimating the Flame Trajectory, the behavior and risks of expanded combustion to an upper architectural compartment of the Fire Plume Ejected from an Opening according to changes in the aspect ratio of the opening were examined. The results showed that the more the heat release rate of the fire source increased, the heat capacity of the Fire Plume Ejected from the Opening also increased, and for the case of heptane when compared with methanol or ethanol, the results showed a trend for a significant amount of unburned gas to remain. The results also showed that the larger the aspect ratio was, the more likely it was for the Flame Trajectory to approach the outer walls and rise up. In each of the experiment conditions, as the flame rose from the lower part of the wall to the upper part of the wall, a steady decrease was shown for the temperature distribution. Also by quantitatively analyzing the amount of unburned gas that remained, a method to estimate the temperature of the Fire Plume Ejected from an Opening for a traverse opening was implemented.
High-strength concrete (HSC) generally is made with high amount of cement which may release large amount of hydration heat at early age. The hydration heat will increase the internal temperature of slab and may cause potential cracking. In this study, slab specimens with a dimension of 600 × 600 × 100 mm were cast with concrete incorporating silica fume for test. The thermistors were embedded in the slabs therein to investigate the interior temperature development. The test variables include water-to-binder ratio (0.25, 0.35, 0.40), the cement replacement ratio of silica fume (RSF; 5 %, 10 %, 15 %) and fly ash (RFA; 10 %, 20 %, 30 %). Test results show that reducing the W/B ratio of HSC will enhance the temperature of first heat peak by hydration. The increase of W/B decrease the appearance time of second heat peak, but increase the corresponding maximum temperature. Increase the RSF or decrease the RFA may decrease the appearance time of second heat peak and increase the maximum central temperature of slab. HSC slab with the range of W/B ratio of 0.25 to 0.40 may occur cracking within 4 hours after casting. Reducing W/B may lead to intensive cracking damage, such as more crack number, and larger crack width and length.
In this study, we were manufactured wood flour-HDPE composites by modular co-rotating twin screw extruder with L/D ratio of 42. We was measured cone calorimeter test and thermogravimetric analysis (TGA) to find the combustion characteristics and thermal properties for wood flour-HDPE composites. We then evaluated the effect of three additive-type flame retardants on fire resistance performance. The cone calorimeter test showed that the heat release rate (HRR) of untreated composites was the highest Peak HRR ($446.6kW/m^2$) as well as Mean HRR ($185.5kW/m^2$). From the TGA, it was shown that composites added flame retardants began early thermal decomposition and improved thermal stability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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