The characteristics of flame dynamics occurring near bluff body was experimentally investigated in a model combustor with V-gutter bluff body. Flashback occurs due to the change of pressure gradient in the combustor, and flashback distance depends on equivalent ratio. Unstable flames can be classified into three types depending on the flashback distance and structure. Re-stabilization takes place as the flame moves downstream. This process is supported by a strong vortex structure behind bluff body.
Lean laminar premixed propane and methane flames which were anchored by a hydrogen-pilot flame in a tube were investigated experimentally. The flame shapes were observed by varying mean velocity from 10cm/s to 140cm/s and equivalence ratio from 0.45 to 0.8. In this study, behaviors of flames are divided into five regions such as tail-out, flash-back, flickering, stable and vibrating flames with respect to the mean velocity and the equivalence ratio. Although the flames are unstable in both the flickering and the vibrating region, they have different characteristics such as the frequency, sound generation and creation process of flame curvature. The flickering region exists near the flammability limit and the flame flickers in a frequency of about 10Hz. When flame front is bended, the propane flame front is straightened and the methane flame front is bended more by thermo-diffusive instability. In the vibrating region, the flame vibrates emitting audible sound in a frequency of about 100Hz. In the boundary of vibrating region, the vibration of flame changes between two modes such as single frequency vibration and dual frequency vibration. Increase and decrease of vibration in each mode are determined by thermo-acoustic instability.
Authors' previous works on thermoacoustic(TA) model development showed good results in predicting combustion instability characteristics in a gas turbine combustor. However, they also suggested there were some limitations in growth rate estimation, which might be related with over-simplification of flame structure. As a first trial for improving the model accuracy, the current paper introduces the modified TA model considering the actual flame location in the combustor. The combustor is divided into the unburned and the burned area before and after the flame location, and then acoustic equations are re-organized. The modified TA model results show a better accuracy in predicting the growth rate of instabilities comparing with the previous results. However, obtained results still overestimate the conditions where the combustor goes unstable. Further researches considering heat release distribution through flames are required.
Behaviors of lean premixed flame of propane/air and methane/air flame anchored by a pilot flame in a tube were investigated experimentally varying the mean velocity from 10 to 140 cm/s and the equivalence ratio from 0.45 to 0.8. Behaviors of both flames are divided into five regions of stable, flash-back, tail-out, flickering and vibrating. General characteristics of each region and Le number effect are investigated. Two main instabilities, flickering and vibration, are both unstable but the instability mechanism, the frequency and the amplitude of pressure fluctuation are different. In the edge of the vibrating region, pressure fluctuation repeats generation and extinction. Repeated growth and decrease of the amplitude of pressure fluctuation are explained by Rayleigh#s index.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.11
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pp.1481-1487
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2002
The thin SiC filament technique has been employed to identify the possibility of measuring flame temperature, and especially unstable near-extinction flame temperature in an oxidizer deficient ambience, by comparing the relative visible (non-IR) luminosities of SiC filaments with thermocouple measured temperature in co-flowing, laminar propane/air diffusion flames. The results show good agreement between the digitized relative visible luminosity profiles of the SiC filaments and temperature profiles measured using a thermocouple at temperatures above $700^{\circ}C$, although, a non-linear calibration is probably required far the whole temperature range. The highest radial peak temperature exists near to the nozzle exit. and the centerline temperatures were virtually unchanged with increasing flame height in an oxidizer deficient near-extinction flame.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.4
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pp.518-524
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1997
Experimental studies on combustion phenomena within a porous ceramic burner are reported. Main interest of the present work is to investigate fundamental flame behaviors and their effects on the burner operation. Due to high thermal capacity of the porous ceramic materials, the response of flame to burning condition changes is slow and thus to have a stabilized flame is quite difficult and takes much time. It is found that the temperature profile obtained at downstream of the flame zone is not much sensitive to the movement of flame and the speed of flame movement is less than 0.1 mm/sec for the conditions tested. With the premixed LPG/air flame imbedded within the porous ceramic burner, stable combustion regions and unstable combustion regions leading to blowoff or flashback phenomena are observed and mapped on flow velocity versus equivalence ratio diagram. For the development of burner operation technique which is more practical and safe, intermittent burning technique, where the fuel or/and air is supplied to the burner intermittently, is proposed as one of the flame control methods for the porous ceramic burner and tested in this study. Through the experiment, it is realized that the proposed method is acceptable in respect to burner performance and give much flexibility in the operation of porous ceramic burner.
Premixed combustion within porous ceramic media is numerically studied to understand burning characteristics and to find best configurations for burner implementations. Among many parameters, critical to burner performance, flame location and extinction coefficient are selected as major parameters for this study. The flame structure and burner performance with respect to these two parameters are observed. In the study, it is found that the location of flame is the most important in porous burner operation since it affects the rate of heat transfer and flame structure. Stability of the flame within the porous ceramic burner is discussed with respect to the flame location. It is found that to obtain high radiative output, the flame should be located downstream section of the burner. But the flame is to be unstable at most of downstream section except near the exit plane. To overcome this problem, new porous ceramic burner, using different ceramic properties in one burner instead of single property ceramic, is made and tested. With a combination of ceramics of high extinction coefficient at upstream and another material of low extinction coefficient at downstream of the burner, the flame can be stabilized at wider region of the burner with higher radiative output compared to the original burner configuration.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.10
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pp.1348-1354
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2002
We investigate the flame behavior and spatial distribution of OH, PAHs and soot in a confined buoyant diffusion flame with decrease of the coflowing air flow rate. Direct photographs and Schlieren images represent that flame is Ally occupied by blue flame and becomes unstable, which is partially detached to the fuel nozzle tip in a near extinction flame under extremely reduced oxidizer condition. Laser induced fluorescence profiles clearly shows that OH is still generated in near-extinction flame, although intensity becomes weak with decreasing air flow rate. But soot scattering image cannot be seen any more in an oxidizer deficient ambience and simultaneously the PAHs are widely distributed downstream. These results are due to that a decrease of oxygen concentration in the combustion chamber leads to a temperature drop of flame, as a consequence, to a delay in soot growth and to a expanding of the PAHs, as soot precursors.
To study the stabilization characteristics of diffusion flame formed in the wake of a cylindrical bluff body with fuel injection, the flame stability limits, length and temperature of recirculation zone of flame, turbulence intensity distribution near the recirculation zone of flame were measured and analyzed. The length of recirculation zone is independent on main fuel injection quantity, but it is dependent on fuel injection angles, air stream velocity, and auxiliary fuel injection into recirculation zone. For diffusion flame, in general, the flame stabilization is deteriorated with increase of he length of recirculation zone, but if the turbulence generator is installed, the flame stabilization is improved with increase of the length of recirculation zone. The temperature of recirculation zone is dependent on fuel injection angles, auxiliary fuel injection into recirculation zone, turbulence generators, and it dependent on fuel injection angles, auxiliary fuel injection into recirculation zone, turbulence generators, and it has a maximum value at the condition of each theoretical mixture. In general, the more temperature of recirculation zone is low, the more flame is stable. But when the turbulence generator is installed, the more temperature of recirculation zone is low, the more flame is unstable. The turbulence intensity in the wake of bluff body is increased with increase of diameter or blockage ratio of grid. The more turbulence intensity is increased by installation of turbulence generator, the more flame is unstable. Finally, It is clear that the stabilization characteristics of diffuser flame can be controlled by some parameters such as fuel injection angles, auxiliary fuel injection into recirculation zone, turbulence generators.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.4
no.3
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pp.156-167
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1996
The present work is a continuation of our previous study to investigate the effects of parameters such as equivalence ratio, hydrogen supplement rate and initial pressure on combustion characteristics in a disk-shaped constant volume combustion chamber. The main results obtained from the study can be summarized as follows. The flames in near stoichiometric mixture of methane-air are propagated with a spherical shape, but in excess rich or lean mixtures are propagated with a elliptical shape. And, they are changed to an unstable elliptical shape flame with very regular cells by increasing the hydrogen supplement rate. Also, flame is sluggishly propagated at increased initial pressure in combustion chamber. Volume fraction of burned gas and flame radius as the combustion characteristics are increased by increasing the hydrogen supplement rate, especially at the combustion middle period, but then are slowly increased by increasing the initial pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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