Propagation rates ($U_{edge}$) of various premixed, twin edge-flames were measured as a function of global strain rate ($\sigma$), mixture strength, and Lewis number (Le). Using a counterflow slot-jet burner with electrical heaters at each end, both advancing (positive $U_{edge}$) and retreating (negative $U_{edge}$) edge-flames can be studied as they propagate along the long dimension of the burner. Experimental results are presented for premixed methane/air twin flames in terms of the effects of $\sigma$ on $U_{edge}$. Both low-$\sigma$ and high-$\sigma$ extinction limits were discovered for all mixtures tested. As a result, the domain of edge-flame stability was obtained in terms of heat loss factor and normalized flame thickness, and comparison with the numerical result of other researchers was also made. For low ($CH_4/O_2/CO_2$) and high ($C_3H_8$/air) Lewis number cases, propagation rates clearly show a strong dependence on Le.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2003.05a
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pp.270-273
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2003
The characteristic of constant volume micro combustor was investigated experimentally. The shape of micro combustor was cylindrical and has row aspect ratio or has relatively large diameter compared with chamber height. Diameter and chamber height was varied to investigate the geometric effect of combustor on the flame propagation. Diameter of 15 mm and 7.5 mm was designed while chamber height was designed to be 1mm, 2mm, and 3mm. The effect of initial pressure was also investigated parametrically from 1bar to 3bar. The gas used in this study was stoichiometric mixture of methane and air. The maximum pressure achieved in down scaled combustors was lower than that of conventional combustor because heat loss to wall was dominant as expected. The maximum pressure responded favorably with the change of height of combustor and the initial pressure, the maximum pressure was also increased. The flame propagation was possible when the specific condition was satisfied. Although the quenching distance of stoichiometric mixture of CH4 and Air is 2.5 mm, the flame could propagate even under quenching distance as the initial pressure increased.
In this paper, the study of effects of flow variables on flame structure and NOx emission concentration was performed in co-axial laminar partially premixed methane/air flames. the objectives are to reveal its effect as parameters were varied and to understand the correlation between flame structure and NOx emission characteristics in the reaction zone. equivalence ratio(${\Phi}$), fuel split degree(${\sigma}$), and mixing distance(x/D) were defined as a premixing degree and varied within $1.36{\sim}3.17$(equivalence ratio), $50{\sim}100$(fuel split degree), and $5{\sim}20$(mixing distance). the image of $OH{\ast}$ and $CH{\ast}$, and NOx concentration were obtained with an ICCD camera and a NOx analyzer. additionally the maximum intensity location of $OH{\ast}$ chemiluminescence and $CH{\ast}$ chemiluminescence were measured to compare each flame structures. In conclusion flame structure and NOx emission characteristics were changed from diffused to premixed flame when mixing degree was on the increase. the main effect on flame structure and NOx production was at first equivalence ratio(${\Phi}$), and next fuel split degree(${\sigma}$), and finally mixing distance(x/D).
In this paper, two types of porous burners with radial and axial flow have been modeled numerically and compared. For this purpose, governing equations were solved one-dimensionally for methane-air premix gas. The mechanism used in simulating combustion phenomenon was 15 stage reduced mechanism based on GRI3.0. In order to compare the two burners, the inlet flow rate and fuel-air ratio have been assumed equal for the two burners. The results of the study indicated that reduction in speed and increase in cross-section area in the direction of flow have a considerable influence on the behavior of radial burner in comparison to axial burner. Regarding temperature distribution inside the burner, it was observed that the two above mentioned factors can be influential in temperature of flame propagation region. Also, regarding distribution of CO and NO emission, the results indicate that the porous radial burner has lower emissions in comparison to the axial once. The output radiative heat transfer efficiency of the two burners was also compared and in this case also even the radial porous burner was found to be preferable.
Lee Jong Ho;Jeon Chung Hwan;Park Chul Woong;Hahn Jae Won;Chang Young June
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.10
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pp.1193-1201
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2004
The effect of equivalence ratio and fuel/air mixing quality on the phase-resolved gas temperatures at different phases of the oscillating pressure cycle was experimentally investigated. An atmospheric pressure, optically accessible and laboratory-scale dump combustor operating on methane with heat release rate of 1.59kW was used. Temperature measurements were made using coherent anti-Stokes Raman spectroscopy (CARS) at several spatial locations fur typical unstable combustion conditions. Analysis was conducted using parameters such as phase-resolved averaged temperature, normalized standard deviation and temperature probability distribution functions (PDFs). Also the probability on the occurrence of high temperature (over 1900K) was investigated to get the information on the perturbation of equivalence ratio and NOx emission characteristics. It was shown that most of temperature histograms exhibit Gaussian profile which has short breadth of temperature fluctuation at equivalence ratio of 0.6, while beta profile was predominant for the cases of other equivalence ratios (${\Phi}$=0.55, 0.50). It was also shown that phase-resolved averaged temperature oscillated in phase with pressure cycle, while normalized standard deviations which represent temporal turbulent intensity of temperature showed nearly constant value around 0.1. The characteristics on the occurrence of high temperature also displayed periodic wave form which was very similar to the pressure signal. And the amplitude of this profile went larger as the fuel/air mixing quality became poorer. These also provided additional information on the perturbation of equivalence ratio at flame as well as NOx emission characteristics.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.12
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pp.41-46
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2018
In this research, numerical analysis was performed to determine the effects of hydrogen on biogas combustion for homogeneous charged compression ignition (HCCI) engines. The target engine specifications were a 2300cc displacement volume, 13:1 compression ratio, 15kW of electricity, and 1.2 bar boost pressure. The engine speed was fixed to 1800rpm. By varying the excess air ratio and hydrogen contents, the cylinder pressure, nitric oxide, and carbon dioxide were measured as a function of the hydrogen contents. According to preliminary studies related to the reaction mechanism for methane combustion and oxidation, a GRI 3.0 mechanism as the base mechanism was selected for HCCI combustion calculations describing the detailed reaction mechanism. By adding hydrogen, NO was increased while $CO_2$ was decreased. The cylinder pressure was also increased, having advanced timing for the maximum cylinder pressure and pressure rise region. Furthermore, lean operation limits were extended by adding hydrogen to the HCCI engine.
Kim, Tae Hyung;Kwon, Oh Boong;Park, Jeong;Keel, Sang-In;Yun, Jin-Han;Park, Jong Ho
Journal of the Korean Society of Combustion
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v.20
no.4
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pp.34-41
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2015
Oxy-methane nonpremixed flames diluted with $CO_2$ were investigated to clarify impact of radiation heat loss and chemical effects of additional $CO_2$ to oxidizer stream on flame extinction. Flame stability maps were presented with functional dependencies of critical diluents mole fraction upon global strain rate at several oxidizer stream temperatures in $CH_4-O_2/N_2$, $CH_4-O_2/CO_2$, and $CH_4-O_2/CO_2/N_2$ counterflow flames. The effects of radiation heat loss on the critical diluent mole fractions for flame extinction are not significant even at low strain rate in nonpremixed $CH_4-O_2/N_2$ diffusion flame, whereas those are significant at low strain rate and are negligible at high strain rate (> $200s^{-1}$) in $CH_4-O_2/CO_2$ and $CH_4-O_2/CO_2/N_2$ counterflow flames. Chemical effects of additional $CO_2$ to oxidizer stream on the flame extinction curves were appreciable in both $CH_4-O_2/CO_2$ and $CH_4-O_2/CO_2/N_2$ flames. A scaling analysis based on asymptotic solution of stretched flame extinction was applied. A specific radical index, which could reflect the OH population in main reaction zone via controlling the mixture composition in the oxidizer stream, was identified to quantify the chemical kinetic contribution to flame extinction. A good correlation of predicted extinction limits to those calculated numerically were obtained via the ratio between radical indices and oxidizer Lewis numbers for the target and baseline flames. This offered an effective approach to estimate extinction strain rate of nonpremixed oxy-methane flames permitting air infiltration when the baseline flame was taken to nonpremixed $CH_4-O_2/N_2$ flame.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.5
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pp.481-488
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2013
Nitric oxide ($NO_x$) formation characteristics in non-premixed diffusion flames of methane fuels have been investigated experimentally and numerically by adding 10% ammonia to the fuel stream, according to the variation of the oxygen ratio in the oxidizer with oxygen/carbon dioxide and oxygen/nitrogen mixtures. In an experiment of coflow jet flames, in the case of an oxidizer with oxygen/carbon dioxide, the $NO_x$ emission increased slightly as the oxygen ratio increased. On the other hand, in case of an oxygen/nitrogen oxidizer, the $NO_x$ emission was the maximum at an oxygen ratio of 0.7, and it exhibited non-monotonic behavior according to the oxygen ratio. Consequently, the $NO_x$ emission in the condition of oxyfuel combustion was overestimated as compared to that in the condition of conventional air combustion. To elucidate the characteristics of $NO_x$ formation for various oxidizer compositions, 1D and 2D numerical simulations have been conducted by adopting one kinetic mechanism. The result of 2D simulation for an oxidizer with oxygen/nitrogen well predicted the trend of experimentally measured $NO_x$ emissions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.2
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pp.179-188
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2011
Experiments were conducted in a constant-pressure combustion chamber to investigate the effects of hydrocarbon addition on cellular instabilities of syngas-air flames. The measured laminar burning velocities were compared with the predicted results computed using reliable kinetic mechanisms with detailed transport and chemistry. The cellular instabilities that included hydrodynamic and diffusional-thermal instabilities of the hydrocarbon-added syngas-air flames were identified and evaluated. Further, experimentally measured critical Peclet numbers for fuel-lean flames were compared with the predicted results. Experimental results showed that the laminar burning velocities decreased significantly with an increase in the amount of hydrocarbon added in the reactant mixtures. With addition of propane and butane, the propensity for cell formation was significantly diminished whereas the cellular instabilities for methane-added syngas-air flames were not suppressed.
The extinction of unsteady diffusion flame was experimentally studied in an opposing jet counterflow burner using diluted methane. The stabilized flame was perturbed by linearly varying velocity change that was generated by pistons installed on both sides of the air and fuel stream. As the results, the extinction of unsteady flame is dependent not only on the history of unsteadiness, but also on the initial condition. We found that there are several unsteady effects on the flame extinction. First, the extinction strain rates of unsteady cases are extended well beyond steady state extinction limits. Second, as the slope of the strain rate change increases, the unsteady extinction strain rate becomes larger. Third, the extension of unsteady extinction strain rate becomes smaller as the initial strain rate increases. We also found that the extension of the extinction limit mainly results from the unsteady response of the reaction zone because there is no retardation effect of a mixing layer for our experimental condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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