Propagation speeds of turbulent premixed flames have been measured in a pulsed-flame flow reactor which generates flames propagating in nearly isotropic turbulent flow field with U'/$S_L$ ranging from 1.2 to 5.3. The measurement involved a high-speed digital imaging at 1000 frames/second to capture the flame propagation motion. In addition to the flame speed measurements, flame perimeter ratio was measured for comparison. The observed flame propagation speed is high ranging from 5 to 20 times the laminar flame speed for the range of U'/$S_L$. The flames observed at extreme equivalence ratios exhibit intermittent propagation in that only a small fraction of ignited flame kernel resulted in full propagation of the flame. Also, at low equivalence ratios the flame speed decreased substantially even at high turbulence intensities.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.10
no.2
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pp.232-240
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1986
Extinction characteristics of the two interacting premixed flames are analyzed for the effects of flame stretch and preferential diffusion using large activation energy asymptotic analysis by adopting counterflow system as a model problem. Results show that the flammable limit of the thermally interacting premixed flames is extended compared to the single flame, and the extinction mechanism is classified into weak and strong interactions. As the lewis number of the deficient species increases, the region of strong interaction diminishes which can explain the different characteristics of the extinction boundaries of the lean (rich) methane/air and butane/air flames. The influence of the flame stretch to the interaction boundaries is also studied.
Park, Jang-Hee;Lee, Dae-Keun;Shin, Hyun-Dong;Kim, Moon-Uhn
한국연소학회:학술대회논문집
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2003.12a
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pp.185-193
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2003
Basic flow fields of two dimensional V flames were examined as a preliminary work to study the instability of premixed flame with vorticity generation. Laminar premixed propane and methane flame were anchored by electrically heated wire to make two dimensional V flames. Flow fields were measured mainly by PIV(Particle Image Velocimetray) and the results were compared with those obtained by LDV(Laser Doppler Velocimetry) to confirm their reliability. Because the curvatures of V flames are so small, V flames were locally assumed to be inclined planar flames in gravitational field. The measured flow fields were locally compared with those of analytical solutions, which showed the qualitatively similar results. In downstream region, the vorticity fields were nearly constant except region near the center line, which support the assumption of locally one dimensional flame. Besides it was tried to find experimentally the similarity of flow fields in downstream region. Finally, stability diagram of propane and methane flames were drawn for the equivalence ratio less than one and the wide range of mean velocity.
Jeong Yong Ki;Oh Jeong Seog;Jeon Chung Hwan;Chang Young June
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.2
s.233
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pp.263-270
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2005
An experimental study was performed to investigate the effects of partially premixing, varying the equivalence ratios from $0.79{\sim}{\infty}$, on NOx emissions and chemiluminescence of excited $OH^{\ast},\;CH^{ast}\;C_2^{\ast}$ radicals in laminar partially premixed flames. the signal from the electronically excited state of $OH^{\ast},\;CH^{ast}\;C_2^{\ast}$ was detected through a band pass filter with a photo multiplier tube, which are processed to the intensity ratio ($C_2^{\ast}/CH^{\ast},\;C_2^{\ast}/OH^{\ast},\;and\;CH^{\ast}/OH^{\ast}$) to reveal the correlation with local equivalence ratio. And measurements of NOx emission were made to investigate the relationship between visible flame appearance, chemiluminescence, and EINOX. The results demonstrated that (1) the flames at ${\phi}<1.59$ exhibited classical double flame structure, at ${\phi}>4.76$, the flames exhibited diffusion flame structure, and the intermediate flames at $1.59<{\phi}<4.76$ was a merged flame, (2) the $OH^{\ast}$ peak was located inside the $CH^{\ast}\;and\;C_2^{\ast}$ radical for all measured conditions and the emission intensity ratio of $C_2^{\ast}/CH^{\ast}\;and\;C_2^{\ast}/OH^{\ast}$ were identified as good marker for local equivalence ratio over a range of ${\phi}=0.79{\sim}1.2\;and\;CH^{\ast}/OH^{\ast}\;is\;0.79<{\phi}<1.9$. However, it was difficult to predict the equivalence ratio in partially premixed flames using this system for ${\phi}>2.38$, (3) the minimum NOX emission index (EINOx) is obtained for a equivalence ratio of 3.19 in the intermediate flames.
The characteristics of the outward-propagating premixed flames of stoichiometric mixtures of R134a/methane/oxygen/nitrogen have been experimentally investigated in a constant volume combustion chamber. Three regimes of the expanding flames were categorized based on the flame behavior.
This paper investigates LES of turbulent combustion flow based on 2-scalar flamelet approach, where a G-equation and a conserved scalar equation simulate a propagation of premixed flame and a diffusion combustion process, respectively. The turbulent SGS modeling on these flamelet combustion approach is also researched. These LES models are applied to an industrial flows in a full scale gasturbine combustor with premixed and non-premixed flames. The numerical results predict the characteristics of experiment temperature profiles. Unsteady features of complex flames in combustor are also visualized.
A short chemical mechanism was developed with the chemical model reduction strategy based on the use of Simulation Error Minimization Connectivity Method(SEM-CM). We examined the accuracy resulting from using this mechanism, as compared with the full mechanism, for premixed flames and auto-ignition of methane-air mixture under high pressures. These comparisons are in good agreement, but it has a little divergence to predict the ignition delay time at high pressure conditions as compared with experiment results.
The multi-environment probability density function model has been applied to simulate the turbulent stratified premixed flames. The direct quadrature method of moments (DQMOM) has been adopted to solve the transport PDF equation due to its computational efficiency and robustness. The IEM mixing model is employed to represent the mixing process and the chemical mechanism is based on Gri 3.0 mechanism. Numerical results obtained in this study are precisely compared with experimental data in terms of unconditional and conditional means for scalar fields and velocity fields.
Kim, Seung-Gon;Park, Joeng;Kim, Tea-Kwon;Lee, Kee-Man
한국연소학회:학술대회논문집
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2003.05a
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pp.65-73
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2003
An experimental study on flame lift-off characteristics of propane jet flame highly diluted with nitrogen has been conducted introducing acoustic forcing with a tube resonant frequency. A flame stability curve is attained according to forcing strength and nozzle exit velocity for $N_2$ diluted flames. Flame lift-off behavior with forcing strength and nozzle exit velocity is globally categorized into three; a well premixed behavior caused by a collapsible mixing for large forcing strength, a coexistent behavior of well-premixed and edge flames interacting with well-organized inner fuel vortices for moderate forcing strengths, and edge flame behavior for small forcing strengths. Special focus is concentrated on the coexistent behavior of the flame base in lifted flame since this may give a hint to a possibility which the flame base behaves like a well-mixed premixed flame in highly turbulent lifted flames. It is also shown that the acoustic forcing to self-pulsating laminar lifted flame affects flame lift-off behavior considerably which is closely related to downstream flow velocity, mixture strength, effective fuel Lewis number, and flame stretch.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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