Evaporation and combustion characteristics of fuel droplet with carbon nanoparticle were investigated in a rapid compression machine(RCM). RCM is an experimental equipment to simulate one compression stroke of reciprocating engine. Nitrogen was charged into reaction chamber for evaporation experiment, while oxygen was charged for combustion experiment. N990 carbon black and n-heptane were used to synthesize the carbon nanofluids. Surfactant, span80, was used to make synthesis easier. The droplet pictures were taken using a high speed camera with 500 frames per second. Thermocouple, of which tip is $50{\mu}m$, was used not only to measure transient bulk temperature, but also to suspend the droplet. Reaction chamber temperature was calculated from pressure data. The evaporation rate of nanofluids was improved compared to pure fuel. The ignition delay was promoted due to the nanoparticle, but the burning rate was decreased.
The HCCI engines have been known with high efficiency and low pollution and can be actualized as the new internal combustion engines. However, As for(??) the ignition and combustion depend strongly on the oxidation reaction of the fuel, so it is difficult to control auto-ignition timing and combustion duration. Purpose of this paper is creating the database for development of multi-dimensional simulation and investigating the influence of different molecular structure. In this research, the effect of n-heptane mole ratio in fuel (XnH) on the ignition delay from homogeneous charge compression ignition(HCCI) has been investigated experimentally. By varying the XnH, it was possible to ascertain whether or not XnH is the main resource of ignition delay. Additionally, the information on equivalence ratio for varying XnH was obtained. The tests were performed on a RCM (Rapid Compression Machine) fueled with n-heptane and iso-octane. The results showed that decreasing XnH (100, 30, 20, 10,0), the ignition delays of low temperature reaction (tL) and high temperature reaction (tH) is longer. And the temperature of reaction increases by about 30K. n-heptane partial equivalence ratio (fnH) affect on tL.and TL. When ${\phi}$nH was increased as a certain value, tL was decreased and TL was increased.
Kim, Hyunguk;Yongseob Lim;Kyoungdoug Min;Lee, Daeyup
Journal of Mechanical Science and Technology
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제16권8호
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pp.1127-1134
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2002
The effects of pressure and temperature on the autoignition of propane and n-butane blends were investigated using a rapid compression machine (RCM) , which is widely used to examine the autoignition characteristics. The RCM was designed to be capable of varying the compression ratio between 5 and 20 and minimize the vortex formation on the cylinder wall using a wedge-shaped crevice. The initial temperature and pressure of the compressed gas were varied in range of 720∼900 K and 1.6∼ 1.8 MPa, respectively, by adjusting the ratio of the specific heat of the mixture by altering the ratio of the non-reactive components (N$_2$, Ar) under a constant effective equivalence ratio (ø$\_$f/= 1.0) The gas temperature after the compression stroke could be obtained from the measured time-pressure record. The results showed a two-stage ignition delay and a Negative Temperature Coefficient (NTC) behavior which were the unique characteristic of the alkane series fuels. As the propane concentration in the blend were increased from 20% and 40% propane, the autoignition delay time increased by approximately 41 % and 55% at 750 K. Numerical reduced kinetic modeling was performed using the Shell model, which introduced some important chemical ideas, represented by the generic species. Several rate coefficients were calibrated based on the experimental results to establish an autoignition model of the propane and n-butane blends. These coefficients can be used to predict the autoignition characteristics in LPG fueled Sl engines.
Evaporation characteristics of a single droplet of carbon nanofluids were investigated in a rapid compression machine(RCM). n-Heptane and carbon black N990 were used to synthesize the carbon nanofluids. RCM is an experimental set-up to simulate a single compression stroke of reciprocating engine. Temperature and pressure in a reaction chamber were measured during the compression stroke. After the piston reaches top dead center(TDC), temperature and pressure decreased due to the heat loss at wall. In that process, a single droplet of carbon nanofluids underwent unsteady condition. A single droplet was put at the center of reaction chamber. Thermocouple whose tip is $50{\mu}m$ was used not only to measure transient bulk temperature, but also to suspend the droplet. The picture of single droplet was taken using high speed camera with a frame rate of 500 fps. From those pictures, the droplet diameter was measured by visual basic program.
The introduction of mixture heterogeneity has been considered to be one of the ways to avoid knocking, as it reduces the pressure rise rate in HCCI Combustion. The purpose of this research was to investigate the effects of heterogeneity, in particular thermal stratification and fuel strength stratification, on HCCI Combustion fueled with DME and n-Butane. Thermal stratification is formed in the Combustion Chamber of a Rapid Compression Machine with three kinds of pre-mixture, each with different properties. The stratified charge mixture was adiabatically compressed, throughout which cylinder gas pressure and two-dimensional chemiluminescence images were measured and analyzed.
This study presents both experimental and numerical investigation of ignition characteristics of n-heptane and n-butanol mixture. The $O_2$ concentration was fixed to 9-10% to make high exhaust gas recirculation(EGR) rate condition. Experiments were performed using a rapid compression machine. In addition, a numerical study of the ignition delay time was performed using CHEMKIN codes to validate experimental results and predict chemical species after combustion process. The results showed that the ignition delay time increased with increasing n-butanol ratio and the reactivity decreased by low $O_2$ concentration.
The low-emission and high-performance diesel combustion is an important issue in the combustion research community. In order to understand the detailed diesel flame field involving the complex Physical Processes, It Is quite desirable to study diesel spray dynamics, auto-ignition and spray flame propagation. Dynamics of fuel spray is a crucial element for air-fuel mixture formation flame stabilization and pollutant formation. In the present study, the diesel RCM (Rapid Compression Machine) and the Electric Control injection system have been designed and developed to investigate the effects of injection Pressure, injection timing, and intake air temperature on spray dynamics and diesel combustion processes. In terms of the macroscopic spray combustion characteristics it is observed that the fuel jet atomization and the droplet breakup processes become much faster by increasing the injection pressure and the spray angle. With increasing the cylinder pressure there is a tendency that the shape of spray pattern in the downstream region tends to be spherical due to the increase of air density and the corresponding drag force. Effects of intake temperature and injection pressure on auto-ignition is experimently analysed and discussed in detail.
This study presents both experimental and numerical investigation of ignition delay time of n-heptane and n-butanol binary fuel. The $O_2$ concentration in the mixture was set to 9-10% to make high exhaust gas recirculation( EGR) rate condition which leads low NOx and soot emission. Experiments were performed using a rapid compression machine(RCM) at compressed pressure 20bar, several compressed temperature and three equivalence ratios(0.4, 1.0, 1.5). In addition, a numerical study on the ignition delay time was performed using CHEMKIN codes to validate experimental results and predict chemical species in the combustion process. The results showed that the ignition delay time increased with increasing the n-butanol fraction due to a decrease of oxidation of n-heptane at the low temperature. Moreover, all of the binary fuel mixtures showed the combustion characteristics of n-heptane such as cool flame mode at low temperature and negative-temperature-coefficient(NTC) behavior. Due to the effect of high EGR rate condition, the operating region is reduced at lean condition and the ignition delay time sharply increased compared with no EGR condition.
RCM(Rapid Compression Machine)은 엔진 내부의 복잡한 연소현상을 연구하는 데 적합한 장치이다. 엔진의 연구를 위해서는 내부의 최대압력을 측정하는 것이 중요하다. 그 이유는 최대압력이 내부연료의 연소특성에 큰 영향을 끼치기 때문이며, 연소실 내부의 최대온도가 최대 압력에 의해 추정되기 때문이다. 그러나 최대압력은 실린더 벽면과의 열전달로 인해 정량적으로 계산하기 어려우며 보통 실험적인 방법을 통해 측정하고 있다. 본 연구를 통해 RCM의 구동시간에 따른 연소실의 최대압력과의 관계를 실험적으로 확인하고, 실험결과를 바탕으로 최대압력과 구동시간에 관한 일반적인 공식을 도출한다.
The low-emission and high-performance diesel combustion is an important issue in the combustion research community, In order to understand the detailed diesel flame involving the complex physical processes, it is quite desirable to diesel spray dynamics, auto-ignition and spray flame propagation. Dynamics of fuel spray is a crucial element for air-fuel mixture formation, flame stabilization and pollutant formation, In the present study, the diesel RCM (Rapid Compression Machine) and the Electric Control injection system have been designed and developed to investigate the effects of injection pressure, injection timing, and intake air temperature on spray dynamics and diesel combustion processes, In terms of the macroscopic spray combustion characteristics, it is observed that the fuel jet atomization and the droplet breakup processes become much faster by increasing the injection pressure and the spray angle, With increasing the cylinder pressure, there is a tendency that the of spray pattern in the downstream region tends to be spherical due to the increase of air density and the corresponding drag force, Effects of intake temperature and injection pressure on auto-ignition is experimently analysed and discussed in detail.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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