Three dimensional CFD investigations are carried out to understand the complex flow field in a gas turbine combustor with multi-element fuel injectors. The gas turbine considered here is the GE7FA model which has aye fuel injectors in each combustor can and utilizes lean-premixed combustion to meet nitric oxide emission requirements. Detailed three-dimensional flow characteristics and fuel-air mixture formation process inside the fuel nozzle and gas turbine combustor including five swirl nozzle tips are analyzed using commercial FLUENT code.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.9
no.4
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pp.85-91
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2001
LPG has been well known as a clean alternative fuel for vehicles. As a fundamental study on liquid phase LPG injection (hereafter LPLI) system application to heavy-duty engine, engine output and combustion performance were investigated with various operating conditions using a single cylinder engine equipped with the LPLI system. Experimental results revealed that no problems were occurred in application of the LPG fuel to heavy-duty engine, and that volumetric efficiency and engine output, by 10% approximately, were increased with the LPLI system. It was resulted from the decrease of the intake manifold temperature through liquid phase LPG fuel injection. These results provided an advantage in the decrease of the exhaust gas temperature, in the control of knocking phenomena, spark timing and compression ratio. The LPLI engine could normally operated under $\lambda$=1.5 or EGR 30% condition. The optimized swirl ratio for the heavy duty LPG engine was found around R_s$ = 2.0.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.04a
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pp.139-143
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2011
금속분말을 청정 에너지원으로 이용하기 위해 금속분말 소형 연소기의 구현이 필요하다. 이를 위한 기초 연구로서 점화성이 뛰어나면서도 경제적인 수십 마이크로 크기의 마그네슘(Mg) 분말을 대상으로 고온 증기(steam)와의 연소 현상 대해 연구하였다. 본 연구에서는 연소실 내 체류시간 및 혼합 효율을 증가시키기 위해 와류 유동을 연소기에 적용하였고 아르곤(Ar) 이송가스를 이용해 마그네슘 분말을 공급하였다. 안정한 화염을 유지시키기 위하여 이송가스의 유량을 변화시켜 공급되는 마그네슘의 양을 조절하였고, 고온 증기의 공급량은 니들 밸브의 개도를 조정하거나 우회시킨 관로로 증기의 일부를 배출함으로써 조절하였다. 고온의 점화원을 사용하여 증기 분위기 내 마그네슘 분말을 점화시켜, 대기압 환경에서 마그네슘/증기/아르곤의 지속적인 화염을 구현하였다.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.11
no.1
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pp.11-17
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2007
Effects of combustion chamber design on combustion stability characteristics of a full-scale gas generator were studied experimentally. Thirty seven double-swirl injectors with recess number of 1.5 were distributed in the injector head, which significantly influences combustion performance. The characteristics of combustion stability were inspected by the parametric variations such as changing length and diameter of the combustion chamber and installing a turbulence ring. The experimental result shows that as the effective length of the combustion chamber decreased, an instability frequency took place in a high-frequency region, and the amplitude of the dynamic pressure generally diminished and could be reduced to the unharmful level. However, the dynamic pressure fluctuation in the region of longitudinal resonant frequency could not be suppressed perfectly.
A dust injection system was developed for the lime calcining rotary kiln for the coke dust from the coke dry quenching(CDQ) facility to be used as a fuel. The CDQ dust was injected with the gaseous fuel through the hole in the burner. In order to prevent the spot heating large particles should be removed from dust and dust should be injected as fast as possible so that particle combustion lasts as long as possible without precipitation. This is especially necessary when dust is burned together with gaseous fuel because the gaseous fuel can not go so far and in addition dust combustion aggravates hot spot heating. In this research a rotation drum screen was used to remove particles with diameter larger than 4mm and dust injection speed was 40m/sec. And the burner was adjusted not to use swirl that hinders flame go far away. With these measures scale generation iside the kiln could be reduced to be negligible and in addition NOx emission could be reduced from 150ppm to 20ppm. The fuel reduction was about 85Mcal/T-lime.
Kim, Hyun-Chul;Kang, Woo;Na, Byung-Chul;Kim, Myung-Hwan
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.4
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pp.39-48
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2006
In this research, in order to study the spray, combustion, and emission characteristics of the common rail DME engine, the target engine was disassembled, and 3D CAD file was constructed using a 3D measurement machine and a rapid prototyping machine. Using the obtained 3D geometry, fine moving meshes are generated, and three dimensional non-steady turbulence flow field and combustion phenomenon including spray were numerically analyzed. As a result, IMEP of DME and diesel in medium and high speed revolution showed similar performance. As the DME fuel start to burn in spray area, the vaporized fuel rapidly spreads squish area in low speed revolution. In the case of DME engine, CO and NOx are relatively consistent with experiment results. It was found that the break-up, evaporation, collision model of DME fuel need to be properly adjusted through matching the characteristics of fuel and injector for further improvement.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.1
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pp.32-38
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2003
Staged combustion, such as air- and fuel-staging, is a relatively well-known technique fur reduction of NOx emission and used in combination with other techniques nowadays. However, the design variables are still selected depending upon operating conditions. There are many variables tested to investigate the NOx emission characteristics fur changing of fuel or air velocity, swirl intensity, and staging ratio of air and fuel in multi-staged burner. In air-staging case, the fuel-rich condition of the primary combustion zone is very helpful to reduce NOx emission and its range is known to be restricted by the increase of carbon monoxide. However, in many cases carbon monoxide level is not too high to be restricted operating condition. So we tried to expand the equivalence ratio range to the richer condition in the primary combustion zone and certificate the function of each burner component and its contribution to the overall NOx production.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.17
no.5
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pp.31-38
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2009
Supercharging system was adopted to investigate the influence of boost pressure on operating range and exhaust emissions by using a supercharger at low temperature diesel combustion (LTC) condition in a 5-cylinder 2.7 L direct injection diesel engine. The experimental parameters such as injection quantity, injection timing, injection pressure and exhaust gas recirculation (EGR) rate were varied to find maximum operating range in LTC condition. As a result of adopting increased boost pressure in LTC, wider operating range was achieved compared with naturally aspirated condition due to increased mixing intensity. Increased boost pressure resulted in lower hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) emissions due to increased swirl rate and mixing intensity, which induced complete combustion. Moreover, increased boost pressure in LTC resulted in much lower soot emissions compared with high speed direct injection (HSDI) condition.
Yu, I Sang;Kim, Tae Woan;Ko, Young Sung;Jeon, Jun Su;Kim, Sun Jin
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.2
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pp.270-278
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2017
This paper describes development procedure and verification test results of a bi-propellant thruster using hydrogen peroxide and kerosene. The design thrust of the thruster is about 500 N and six swirl type coaxial injectors were used. The passage type manifolds were employed for the injector head to reduce the response time. The passage was designed to minimize stagnation points and recirculation region to ensure uniform flow distribution and sufficient cooling performance through flow analysis using Fluent. A catalytic igniter using hydrogen peroxide was installed at the center of the injector head. The propellant feeding and spray characteristics were confirmed by hydraulic tests. Combustion tests were performed on design and off-design points to analyze combustion characteristics under various mixture ratio conditions. The combustion test results show that combustion efficiency was over 95 % and chamber pressure fluctuation were less than 1.5 % under all test conditions.
The measurement of heat release rate is of great importance in the study of thermo-acoustic instability occurring in lean premixed combustion and the chemiluminescence emission has been used as an indicator of heat release in combustion instability studies primarily for its relative simplicity. This paper presents results of experimental study of flame chemiluminescence from an atmospheric, swirl-stabilized, turbulent lean premixed flame with a main emphasis on the effect of $CO_2^*$ background level in the $CH^*$ and $OH^*$ band. The test results show that the effect of $CO_2^*$ level in the $CH^*$ band is greater than that in the $OH^*$ band. Also, the background to peak ratio for both $CH^*$ and $OH^*$ bands can be expressed as a function of equivalence ratio, almost regardless of a change in the inlet velocity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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