To evaluate the effect of lobed structure on pollutant emission, an experimental study examines NOx and CO emissions associated with four burner geometries, such as a conventional circular burner and three lobed ones. Rapid mixing allowed by the lobed burner to produce lean premixed flames, with narrower flame stability diagram than for the conventional circular one. Conventional circular burner of wide and uniform burner rim has an advantage of flame stabilization. Correlation on fuel discharge velocity for flame blowout should be included a variable related to the wall effect of the burner. NOx emission reduces by about 5% at the burner with lobed structure in fuel discharge side compared to conventional circular one. This is due to lower flame temperatures through flame elongation and increased radiative heat losses, caused by partially luminous flame in flame front. Meanwhile, at the burner with lobed structure in air discharge side and both fuel and air discharge sides, NOx emission somewhat increases with reduced radiative heat losses in spite of flame elongation. Therefore, the rapid mixing by lobed structure does not always have an advantage on NOx reduction.
Detailed structures of the counterflow flames formed for different inlet fluid temperatures and different amount of additives are studied numerically. The detailed chemical reactions are modeled by using the CHEMKIN-II code. The discrete ordinates method and the narrow band based WSGGM with a gray gas regrouping technique (WSGGM-RG) are applied for modeling the radiative transfer through non-homogeneous and non-isothermal combustion gas mixtures generated by the counterflow flames. The results compared with those obtained by using the SNB model show that the WSGGM-RG is very successful in modeling the counterflow flames with non-gray gas mixture. The numerical results also show that the addition of $CO_2\;or\;H_2O$ to the oxidant lowers the peak temperature and the NO concentration in flame. But preheat of fuel or oxidant raises the flame temperature and the NO production rates. $O_2$ enrichment also causes to raise the temperature distribution and the NO production in flame. And it is found that the $O_2$ enrichment and the fuel preheat were the major parameters in affecting the flame width.
The multi-environment PDF model coupled with flamelet generated manifolds(FGM) has been developed for a large eddy simulation of turbulent partially premixed lifted flame. This approach has a capability to realistically account for the transport and evolution of probability density function for mixture fraction and progress variable with the manageable computational burden. Using the tabulated chemistry, it is possible to track radical distributions which is important to predict autoignition process with the vitiated coflow environment. Numerical results indicate that the present yields the good agreement with experimental data in terms of mixture fraction, temperature, and species mass fractions.
Choi, Yongun;Lee, Min Jung;Jung, Yongjin;Kim, Nam Il
한국연소학회:학술대회논문집
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2015.12a
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pp.143-145
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2015
A mesoscale channel was designed to observe the flame stabilization at low strain rate conditions (< $10s^{-1}$). At this condition, the behavior of partially premixed flame was explored by changing a channel size and the oxygen ratio in the oxidant. In this work, experiment is conducted for propane case and it was compared with methane case of previous one. Conclusively, it can be observed that the strain rate of flame extinction and starting point of oscillation were varied with oxygen ratio. Moreover we can understand the effects of enhanced oxygen ratio of oxidant and flame behavior at low strain rate conditions.
Chung, Yong Ho;Park, Jeong;Kwon, Oh Boong;Keel, Sang In;Yun, Jin Han
Journal of the Korean Society of Combustion
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v.18
no.4
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pp.37-43
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2013
The effects of preferential diffusion of hydrogen in interacting counterflow $H_2$-air and CO-air premixed flames were investigated numerically. The global strain rate was varied in the range $30-5917s^{-1}$, where the upper bound of this range corresponds to the flame-stretch limit. Preferential diffusion of hydrogen was studied by comparing flame structures for a mixed average diffusivity with those where the diffusivities of H, $H_2$ and $N_2$ were assumed to be equal. Flame stability diagrams are presented, which show the mapping of the limits of the concentrations of $H_2$ and CO as a function of the strain rate. The main oxidation route for CO is $CO+O_2{\rightarrow}CO_2+O$, which is characterized by relatively slow chemical kinetics; however, a much faster route, namely $CO+OH{\rightarrow}CO_2+H$, can be significant, provided that hydrogen from the $H_2$-air flame is penetrated and then participates in the CO-oxidation. This modifies the flame characteristics in the downstream interaction between the $H_2$-air and CO-air flames, and can cause the interaction characteristics at the rich and lean extinction boundaries not to depend on the Lewis number of the deficient reactant, but rather to depend on chemical interaction between the two flames. Such anomalous behaviors include a partial opening of the upper lean extinction boundary in the interaction between a lean $H_2$-air flame and a lean CO-air flame, as well as the formation of two islands of flame sustainability in a partially premixed configuration with a rich $H_2$-air flame and a lean CO-air flame. At large strain rates, there are two islands where the flame can survive, depending on the nature of the interaction between the two flames. Furthermore, the preferential diffusion of hydrogen extends both the lean and the rich extinction boundaries.
At previous study, nitrogen oxide emission was decreased with decreasing pressure index. This tendency was explained by the flame oscillation with changing combustor pressure. In this study, the characteristics of flame oscillation with changing combustor pressure were investigated. It can be found that flame length is extended and flame width is narrowed by decreasing combustor pressure. It can be observed that pilot flame and the surrounding air converge on the inner flame in the $P^{\ast}{\geqq}1$ conditions and that surrounding air and flow pattern was widely dispersed in the $P^{\ast}<1$ conditions. In the respect of average flame length, low fluctuation was shown in the $P^{\ast}<1$ conditions. On the other hands, large fluctuation was shown in the $P^{\ast}<1$ conditions. Flame oscillation are observed from $P^{\ast}=$ 0.98 in the condition of $P^{\ast}<1$ and the amplitude of flame oscillation becomes larger when $P^{\ast}$ is lowered. These results demonstrate that low NOx phenomenon was caused by flame oscillation with changing combustor pressure.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.21
no.5
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pp.54-60
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2017
In order to identify the characteristics of the flame transfer function gain, cold-flow transfer function was introduced, which is the part of the combustion instability research. Nitrogen and carbon dioxide was used to obtain the cold-flow transfer function and input/output variables was measured by hot wire anemometry. Density and fluid flow rate affect the cold-flow transfer function gain and peak frequency. In addition, acoustic resonance frequency affects the peak frequency of gain in the fuel feeding line.
Commercial gas stoves feed primary air to the burner and burn the fuel-air mixture in a partially premixed combustion. This mechanism produces carbon monoxide during combustion. In this study, design parameters of a commercial gas stove were optimized by considering the carbon monoxide emission. Gas consumption rate, carbon monoxide emission, and water boiling temperature as a heating performance were determined. Carbon monoxide emission was measured using a Korean Industrial Standards standard collector. Water boiling temperature was measured by first soaking the pot in water for approximately 10 min and then heating the pot filled with water. A thermocouple was installed inside the pot. Carbon monoxide increased as the nozzle diameter was increased and the burner-pot height was decreased. This result was due to the insufficient mixing between the fuel and air. Heating performance was enhanced when the nozzle diameter was increased and the burner-pot height was decreased. However, the heating performance deteriorated when the nozzle diameter was 1.8 mm and the burner-pot height was reduced to 50 mm. This phenomenon was due to the formation of a flame on the side of the pot. A merit factor was defined to find the optimal design parameters to satisfy gas consumption rate, carbon monoxide emission, and heating performance. Optimal design values were established to be a nozzle diameter of 1.5 mm and a burner-pot height of 60 mm.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.7
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pp.603-610
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2016
This paper describes experimental results about emission and NOx reduction of dilution effect (Nitrogen and carbon dioxide) about various fuel compositions of synthetic natural gas (SNG). Combustion experiment was performed to investigate the combustion characteristics for SNG with various hydrogen ratio in SNG, heat input and equivalence ratio in a partially premixed model gas turbine combustor. NOx emission was similar to each hydrogen ratio and flame characteristics was investigated from OH chemiluminescence images. There was a singularity of CO emission in stoichiometric condition and it can be identified using OH chemiluminescence intensity. In addition, dilution effect was studied in using nitrogen and carbon dioxide as diluent to reduce the NOx emission. Carbon dioxide diluent was more effective to NOx reduction than nitrogen diluent because of its high diluent specific heat and its heat capacity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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