Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.8
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pp.2721-2730
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1996
The present study conducted experimental study of spray combustion to investigate the effect of the inlet conditions of fuel and air on the flame structure, the flame stability and the characteristics of emission in the can-type model of a gas turbine combustor. In the experiment, the diameter of fuel droplet was measured using Malvern particle size analyser and temperatures in the combustion chamber were measured with R-type shielded thermocouple. In addition, flame structure was taken picture with camera and analysed. Gas analyser was also used to analyse the concentration of each components of exhausting gas. The experimental results showed that the flame condition was optimal with swirl number, 0.63 and equivalence ratio, 0.5 for controlling the flame stability, the combustion temperature and the NOx concentration. The present study concluded that both the flame structure and the emission formation were strongly affected by the swirl intensity, which selection was found as an important parameter for either stabilizing flame or lowering the quantity of NOx.
Volatile organic compounds (VOCs) are low calorific value gases (LCVG) emitted from chemical processes such as painting booth, dye works and drying processes etc. Characteristics of VOCs are low calorific values less than 150kcal/㎥, high activation energy for ignition and low energy output. These characteristics usually make combustion unstable and its treatment processes needs high-energy consumption. The cyclone combustion system is suitable for LCVG burning because it can recirculate energy through a high swirling flow to supply the activation energy for ignition, increases energy density In make a combustion temperature higher than usual swirl combustor and also increases mixing intensity. This research was conducted to develop optimized cyclone combustion system for thermal oxidation of VOCs. This research was executed to establish the effect of swirl number with respect to the combustion temperature and composition of exhausted gas in the specific combustor design.
The present paper deals with the numerical simulation for the spray characteristics with swirling turbulent flows and dilution flows from swirl injectors in a simplified can type of gas turbine combustor. The main objective is to investigate the characteristics of swirling turbulent flows with dilution flows and to provide the qualitative results for the spray characteristics such as the droplet distribution and Sauter Mean Diameter(SMD). The gas-phase equations based on Eulerian approach were discretized by Finite Volume Method, together with SIMPLE algorithm and the Reynolds -Stress-Model. The liquid-phase equations based on Lagrangian method were used to predict the droplet behavior. The results of preliminary test are generally in good agreement with experimental data, and show that the anisotropy exists in the primary zone due to swirl velocity and injected air from primary injector, and then gradually decays due to turbulent mixing and consequently near-isotropy occurs in the region between primary and dilution zones. For the spray characteristics, it is indicated that the swirling flows of primary jet region increase the droplet atomization. In addition, it is showed that the swirling flows at the inlet region lead the air-fuel mixture to be distributed near the igniter and can significantly affect the spray behavior in the primary jet region.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.27
no.3
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pp.184-192
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1991
In many combustion systems, swirling combustion air is extensively applied as an aid for stabilization of high intensity combustion pocesses. Swirl, generally, causes significant effects on the flow field which, in turn, determines the size, shape, and stability of flames, and combustion intensity. The purpose of this study is to investigate the effect of swirls on flames produced from a model combustor designed in this paper. In order to impart swirls to the combustion air, a movable block swirl generator was used. Temperature distribution and radiative heat flux along the centerline of the swirling flame were measured. Data obtained from these swirl flows can be used as design data for high intensity or high efficiency combustion systems. The results obtained are summarized as follows: 1. Flame temperature profiles were measured at various swirl number. 2. The axial distance for maximum temperature from the centerline of burner increased as the swirl number increased. 3. Radiative heat flux increased as the swirl number and axial distance from burner increased.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.7
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pp.79-88
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2006
In the present paper, the swirl flow structure and flame characteristics of turbulent premixed combustion in a model gas turbine combustor are investigated using large eddy simulation(LES). A G-equation flamelet model is employed to simulate the unsteady flame behavior. When inlet swirl number is increased, the distinct flow structures, such as the shapes of corner recirculation and center toroidal recirculation zone, are observed and the flame length is shorted gradually. Also, the phenomena of flashback are identified at strong swirl intensity. In order to get the accurate description of unsteady flame behavior, the predictive ability of the acoustic wave in a combustor is primarily evaluated. It is found that the vortex generated near the edge of step plays an important role in the flame fluctuation. Finally it is examined systematically that the flame and heat release fluctuation are coupled strongly to the vortex shedding generated by swirl flow and acoustic wave propagation from the analysis of flame-vortex interaction.
The effect of swirl flow structures on combustion dynamics of two interacting, lean-premixed flames was experimentally investigated, with a particular emphasis on swirl numbers and swirl rotational directions. Our results show that the amplitude of limit cycle oscillations is very sensitive to the combination of swirl numbers and rotational directions, while the instability frequency remains nearly unchanged. The counter-rotating cases show significantly lower pressure perturbations, and this behavior appears to be related to the formation of compact interacting zone with higher heat release rate, indicating the presence of increased flame surface wrinkling caused by intense turbulence.
KIM, HAN SEOK;CHO, JU HYEONG;KIM, MIN KUK;HWANG, JEONGJAE;LEE, WON JUNE
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.30
no.6
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pp.593-600
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2019
The combustion characteristics of methane/hydrogen pre-mixed flame have been investigated with swirl stabilized flame in a laboratory-scale pre-mixed combustor with constant heat load of 5.81 kW. Hydrogen/methane fuel and air were mixed in a pre-mixer and introduced to the combustor through a burner nozzle with different degrees of swirl angle. The effects of hydrogen addition and swirl intensity on the combustion characteristics of pre-mixed methane flames were examined using particle image velocimetry (PIV), micro-thermocouples, various optical interference filters and gas analyzers to provide information about flow velocity, temperature distributions, and species concentrations of the reaction field. The results show that higher swirl intensity creates more recirculation flow, which reduces the temperature of the reaction zone and, consequently, reduces the thermal NO production. The distributions of flame radicals (OH, CH, C2) are dependent more on the swirl intensity than the percentage of hydrogen added to methane fuel. The NO concentration at the upper part of the reaction zone is increased with an increase in hydrogen content in the fuel mixture because higher combustibility of hydrogen assists to promote faster chemical reaction, enabling more expansion of the gases at the upper part of the reaction zone, which reduces the recirculation flow. The CO concentration in the reaction zone is reduced with an increase in hydrogen content because the amount of C content is relatively decreased.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.6
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pp.1669-1678
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1990
The annular and coaxial swirl flows between which LPG is supplied was selected to study the swirling flames in double co-swirl flows. The objective of this study is to research into the effects of double co-swirl flow conditions on the stability limit, the reverse flow boundary, and the time mean temperature distributions of the swirling flames. The increase of swirl intensity of axial flow makes the stability limit decrease, but the annular swirl flow (SM>0.5) makes stability and swirl intensity of axial flow increase, And the existence of axial swirl flow makes flame intensive and small in size, and this may be applicable to the design of high power compact combustor.
Kim, Jong-Chan;Sung, Hong-Gye;Cha, Bong-Jun;Yang, Gye-Byeung
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.05a
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pp.67-70
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2008
Production and dissipation of turbulent structure in a swirl stabilized combustor was investigated using three-dimensional Large Eddy Simulation analysis. The combustor of concern is the LM6000, lean premixed dry low-NOx annular combustor, developed by GEAE. Inlet condition was based on experimental data. Strong vortex breakdown in main stream, vortex ring proceeding downstream, and the turbulent structure periodically oscillating have been observed. Reasonable agreement was obtained by comparison of the results with experiments and previous LES studies.
This study described the experimental investigations of combustion instability in a model gas turbine combustor. Strong coupling between pressure oscillations and unsteady heat release excites a self-sustained acoustic wave, which results in a loud and annoyed sound, and may also lead to a structural damage to the combustion system. In this study, in order to examine the combustion instability phenomenon of a dual swirling combustor configuration, the information of heat release and pressure fluctuation period with respect to the variation in both thermal power and combustor length was collected experimentally. As a result, the fundamental acoustic frequency turned out to increase with the increasing thermal power without respect to the combustor length. The frequency response to the combustor length was found to have two distinct regimes. In a higher power regime the frequency significantly decreases with the combustor length, as it is expected from the resonance of gas column. However, in a lower power regime it is almost insensitive to the combustor length. This insensitive response might be a result of the beating phenomenon between the interacting pilot and main flames with different periods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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