Single Stage To Orbit (SSTO) missions which require its engines to be operated at varying back pressure conditions, use engines operate at high combustion chamber pressures (more than 100bar) with moderate area ratios (AR 70~80). This ensures that the exhaust jet flows full during most part of the operational regimes by optimal expansion at each altitude. Aero-spike nozzle is a kind of altitude adaptation nozzle where requirement of high combustion chamber pressures can be avoided as the flow is adapted to the outside conditions by the virtue of the nozzle configuration. However, the thrust prediction using the conventional thrust equations remains to be a challenge as the nozzle plume shapes vary with the back pressure conditions. In the present work, the performance evaluation of a new aero-spike nozzle is being carried out. Computational studies are carried out to predict the thrust generated by the aero-spike nozzle in varying back pressure conditions which requires the unsteady pressure boundary conditions in the computational domain. Schlieren pictures are taken to validate the computational results. It is found that the flow in the aero-spike nozzle is mainly affected by the base wall pressure variation. The aerospike nozzle exhibits maximum performance in the properly expanded flow regime due to the open wake formation.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.17
no.1
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pp.105-113
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2009
The performance of a direct-injection type diesel engine often depends on the strength of swirl or squish, shape of combustion chamber, the number of nozzle holes, etc. This is of course because the combustion in the cylinder was affected by the mixture formation process. In this paper, combustion process of biodiesel fuel was studied by employing the piston which has several grooves with inclined plane on the piston crown to generate swirl during the compression stroke in the cylinder in order to improve the atomization of high viscosity fuel such as biodiesel fuel and toroidal type piston generally used in high speed diesel engine. To take a photograph of flame, single cylinder, four stroke diesel engine was remodeled into two stroke visible engine and high speed video camera was used. The results obtained are summarized as follows; (1) In the case of toroidal piston, when biodiesel fuel was supplied to plunger type injection system which has very low injection pressure as compared with common-rail injection system, the flame propagation speed was slowed and the maximum combustion pressure became lower. These phenomena became further aggravated as the fuel viscosity gets higher. (2) In the case of swirl groove piston, early stage of combustion such as rapid ignition timing and flame propagation was activated by intensifying the air flow in the cylinder. (3) Combustion process of biodiesel fuel was improved by the reason mentioned in paragraph (2) above. Consequently, the swirl grooves would also function to improve the combustion of high viscosity fuel.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.10
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pp.1172-1177
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2004
The emission control of automobile has been intensified as a part of the countermeasure to decrease air pollution in the world. As the cars with an alternative fuel starts to get into the spotlight, the cars with low emission has been introduced and exhaust gas regulation forced in this country. These days, LPG vehicles, which infrastructure of fuel was already built up, and CNG vehicles are recognized for alternative fuel cars in this country. In this study, the constant volume combustion chamber was manufactured and used for experiments to obtain the combustion characteristics of propane mixture. The combustion characteristics was analyzed, with the change of supply conditions of propane fuel. Inside the combustion chamber, the maximum temperature increase with the initial pressure is going up. The burning velocity also seems to have the same characteristic as the temperature. However, the heat flux do not change much according to the theoretical correct mixture but it changes with the various initial temperature of the combustion chamber.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.6
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pp.75-82
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2021
Low-temperature combustion (LTC) strategies, such as HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition), PCCI (Premixed Charge Compression Ignition), and RCCI (Reactivity Controlled Compression Ignition), have been developed to effectively reduce NOx and PM while increasing the thermal efficiency of diesel engines. Through numerical analysis, this study examined the effects of the injection timing and two-stage injection ratio of diesel fuel, a highly reactive fuel, on the performance and exhaust gas of RCCI engines using gasoline as the low reactive fuel and diesel as the highly reactive fuel. In the case of two-stage injection, combustion slows down if the first injection timing is too advanced. The combustion temperature decreases, resulting in lower combustion performance and an increase in HC and CO. The injection timing of approximately -60°ATDC is considered the optimal injection timing considering the combustion performance, exhaust gas, and maximum pressure rise rate. When the second injection timing was changed during the two-stage injection, considering the combustion performance, exhaust gas, and the maximum pressure increase rate, it was judged to be optimal around -30°ATDC. In the case of two-stage injection, the optimal result was obtained when the first injection amount was set to approximately 60%. Finally, a two-stage injection rather than a single injection was considered more effective on the combustion performance and exhaust gas.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.2
no.3
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pp.85-93
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1994
The engine performance and combustion characteristics of diesel oil and fish oil blended with diesel oils were investigated at various blending rate of fish oil in a diesel engine. The maximum pressure showed no significant difference among test fuels at low load, but it was higher as the blending rate of fish oil increases at high load. Increasing the blending rate of fish oil, the rate of heat release and burned fraction were higher than those of diesel oil. The ignition delay became longer than that of diesel oil as the blending rate of fish oil increases, and its differences were larger at different loads. The combustion duration and density of smoke were shorter and lower as the blending rate of fish oil increases. The rate of fuel consumption showed no significant difference between diesel oil and fish blended with diesel oils.
This paper investigates the combustion and emission characteristics of a compression ignition engine fueled with neat and blended Shell's gas-to-liquid (GTL) fuel, which was derived from natural gas through the Fischer-Tropsch process. The experiments were conducted in a 6-cylinder DI diesel engine with pump timing settings of $6^{\circ},\;9^{\circ}\;and\;12^{\circ}$crank angle before TDC over ECE R49 and US 13-mode cycles separately and compared to a conventional diesel fuel. The results show that GTL exhibited almost the same power and torque output, improved fuel economy and effective thermal efficiency. It was found that GTL displayed lower peak in-cylinder combustion pressure and maximum heat release rate (HRR), the timings of the peak pressure and the maximum HRR were generally delayed, and the combustion durations were almost equivalent for diesel and GTL under the same speed-load condition. The results also indicate that, compared to diesel fuel, GTL blends showed a trend forward decreasing four regulated emissions simultaneously and a higher GTL fraction in blends contributing to further reductions in the emissions. In particular and on average, neat GTL significantly reduced HC, CO, NOx and PM by 16.4%, 17.8%, 18.3% and 32.4%, respectively, for all cases.
The purpose of this study is to investigate the specific characteristics of combustion and exhaust emissions on a 4-cylinder common rail diesel engine as EGR rate and the rate of blended bio-diesel was altered. Bio-diesel fuel which is a sort of alternative fuels can be adapted to diesel engine directly without modifying. This study was performed to 2000rpm of engine speed with torque 30Nm while EGR rate and the rate of blended bio-diesel was changed. Decreasing combustion pressure and increasing the rate of heat were occurred when we had changed the EGR rate on the 20% of bio-diesel blended diesel fuel. The maximum pressure of combustion and the IMEP became higher as the EGR rate and the rate of blended bio-diesel were changed. Exhaust gas temperature was increased the higher rate of the blended bio-diesel under the fixed EGR rate. However, it went down as the EGR rate increased. The amounts of CO and Soot were reduced with increasing the rate of the blended bio-diesel without changing EGR rate and raised with increasing of the EGR rate. On the fixed EGR rate, NOx was increased along with growing the rate of the bio-diesel. On the other hand, it was decreased while EGR rate were going up.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.38
no.7
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pp.868-876
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2014
The objective of this study is focused on the analyzing combustion, carbon monoxide and hydrocarbon emission characteristics of marine diesel oil, utilized for naval propulsion engine, with varying pre-post injection timing of an optically accessible single cylinder engine. And also the combustion process is analyzed by means of a high speed camera visualization. On the result of retarding pre-injection timing toward main injection timing, the mean effective pressure and maximum pressure of combustion chamber are increased; however, the heat release rate is decreased. Furthermore, the emission rates of carbon monoxide and hydrocarbon are reduced in this case. In hence, when a post-injection timing is advanced, the mean effective pressure and maximum pressure are increased, because the combustion has been performed under the high temperature and high pressurized environment during main injection time, and the emission rates of carbon monoxide and hydrocarbon are increased. From the experimental results, it considered that retarding of pre-injection timing affects to shorten the ignition delay of main injection clearly, and to raise the flame intensity comparing to the advanced state. The ignition delay during post-injection is not appeared at any post-injection time, but the flame intensity has been weakened gradually according to the retarding of post-injection timing.
Kong, Tae Yeon;Ryu, Byungtae;Ahn, Gilhwan;Im, Do Jin
Korean Chemical Engineering Research
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v.60
no.2
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pp.267-276
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2022
Modelling the energy release performance of energetic material combustion in closed systems is of fundamental importance for aerospace and defense application. In particular, to compensate for the disadvantage of the combustion of single energetic material and maximize the benefits, a method of combusting the mixed energetic materials is used. However, since complicated heat transfer occurs when the energetic material is combusted, it is difficult to theoretically predict the combustion performance. Here, we suggest a theoretical model to estimate the energy release performance of mixed energetic material based on the model for the combustion performance of single energetic material. To confirm the effect of parameters on the model, and to gain insights into the combustion characteristics of the energetic material, we studied parameter analysis on the reaction temperature and the characteristic time scales of energy generation and loss. To validate the model, model predictions for mixed energetic materials are compared to experimental results depending on the amount and type of energetic material. The comparison showed little difference in maximum pressure and the reliability of the model was validated. Finally, we hope that the suggested model can predict the energy release performance of single or mixed energetic material for various types of materials, as well as the energetic materials used for validation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.2
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pp.103-109
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2013
In this study, we performed a numerical study of hydrogen/air combustion in the combustion chamber of an ultra micro gas turbine. The supply flow rate and equivalence ratio are used as variables, and the commercial computational fluid dynamic program (STAR-CCM) is used for the numerical study of the combustion. The flow rate significantly affects the flame position, flame temperature, and pressure ratio between the inlet and the outlet. The flame position is close to the outlet in the combustion chamber, and the flame temperature and pressure ratio monotonously increases with the supply flow rate. The change in the equivalence ratio does not affect the flame position. The maximum flame temperature occurs under stoichiometric conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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