Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.5
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pp.561-568
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2003
An experiment using high preheated air in a turbulent non-premixed flame was performed to investigate the effects of high preheated air on the combustion characteristics. Combustion using high preheated and diluted air with flue gas is a new technology which enables NO emission to be reduced. In this study, Na was used as diluent and propane as fuel. Combustion characteristics, especially the distributions of the flame temperature, NO concentration and OH radical intensity were examined under the condition of 300 K, 600 K, 1000 K in terms of the combustion air temperature, and also under the condition of the dilution level from 21% to 13% in terms of oxygen concentration. As the preheated air temperature increased, it appeared that the flame length became shorter, maximum flame temperature increased, the reaction region moved to upstream, and NO concentration increased, but the flame temperature's fluctuation was reduced. In opposite, it was shown with decrement of oxygen concentration at the maximum temperature that both maximum value and the gradient of the flame temperature decreased, and NO emission also decreased considerably, but its fluctuation became larger, being inclined to be unstable.
Spray and combustion characteristics of a dump-type ram-combustor equipped with a V-gutter flame holder were experimentally investigated. Spray penetrations with a change in airstream velocity, air stream temperature, and dynamic pressure ratio were measured to clarify the spray characteristics of a liquid jet injected into the subsonic vitiated airstream, which maintains a highly uniform velocity and temperature. An empirical equation was modified from Inamura's equation to compensate for experimental conditions. In the case of insufficient penetration, the flame in the ram-combustor was unstable, and vice versus in the case of sufficient penetration. When the flame holder was not equipped, the temperature at the center of the ram-combustor had a tendency to decrease due to the low penetration and insufficient mixing. Therefore, the temperature distribution was slanted to the low wall of the ram-combustor. These trends gradually disappeared as the length of the combustor became longer and the flame holder was equipped. Combustion efficiency increased when the length of the combustor was long and the flame holder was equipped. Especially, the effect of the flame holder was more dominant than that of the combustor length in light of combustion efficiency.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.9
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pp.1218-1229
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1997
The diffusional-thermal instability of diffusion flames in the premixed-flame regime is studied in a constant-density two-dimensional counterflow diffusion-flame configuration, to investigate the instability mechanism by which periodic wrinkling, travelling or pulsating of the reaction sheet can occur. Attention is focused on flames with small departures of the Lewis number from unity and with small values of the stoichiometric mixture fraction, so that the premixed-flame regime can be employed for activation-energy asymptotics. Cellular patterns will occur near quasisteady extinction when the Lewis number of the more completely consumed reactant is less than a critical value( ~ =0.7). Parametric studies for the instability onset conditions show that flames with smaller values of the Lewis number and stoichiometric mixture fraction and with larger values of the Zel'dovich number tend to be more unstable. For Lewis number greater than unity, near-extinction flame are found to exhibit either travelling instability or pulsating instability.
Flickering behaviors of lean premixed flame of propane/air and methane/air flame anchored by a pilot flame in a tube were investigated. Unsteady behaviors of the flame were monitored by a high speed ICCD camera and the flickering frequency was defined as the number of flame curvatures passing a fixed spatial point in a second. Unlike previous studies in which flames are in open condition so that the flickering mechanism is an unstable interaction of hot buoyant products with the ambient air, flames in this study are surrounded by a tube which means they are not open to ambient air, so that there is no interaction between hot buoyant products and ambient air. Despite the fact, there exists flickering phenomena and the flickering frequency ranges from 10 Hz to 50 Hz which is wider compared to previous studies. We relate the flickering mechanism to flame-generated vorticity and analytic solution for locally approximated flow is used. As a result, the relationship between flickering wavelength and dimensionless vorticity is acquired and the cause of higher range of flickering frequency is explained.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.1
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pp.51-59
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2005
Co-flow laminar diffusion flames' temperature has been studied experimentally for ethylene$(C_2H_4)$ using a co-flow burner in order to investigate the characteristics of diffusion flame's temperature distribution. The temperature distributions in the flame were measured by rapid insertion of a R-type thermocouple. The measurement area was divided into three zones. 1st area was expect to created PAH zone, Il nd area was expect to form soot zone, which is known to generate most soot volume fraction, and III rd area was expect to from soot oxidization zone. Also The temperature along the flame y-axis as a fuel quantity was measured. As a results, we have measured temperature neglecting the effect of soot particles attached to the thermocouple junction, which is close to the nozzle and upstream zone has a unstable flow in co-flow diffusion flame and acquires that the flame y-axis temperature has a uniform temperature in the generated soot volume fraction zone(II nd).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.7
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pp.863-870
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2004
The temperature and soot particle measurement technique in a laminar diffusion flame has been studied to investigate the characteristics of soot particle with temperature using a co-flow burner. The temperature distribution in the flame were measured by rapid insertion of a R-type thermocouple and the soot particles by LEM/LIS techniques. In these measurement, soot volume fraction, number density and soot diameters were analyzed experimentally. As a results, the spacial distributions of particle volume fraction, soot diameter, and number density are mapped throughout the flame using the Rayleigh theory for the scattering of light by particles. A laser extinction method was used to measure the soot volume fraction and laser induced scattering method was used to measure the soot particle diameter and number density. Also, we measured temperature without the effect of soot particles attached to the thermocouple junction, which is close to the nozzle. In this result, we found that upstream zone has a unstable flowing in co-flow diffusion flame and the y-axis temperature of flame has a uniform temperature distribution in the most soot volume fraction zone.
The temperature and soot particle measurement technique in a laminar diffusion flame have been studied to investigate the characteristics of soot particle with temperature using a co-flow burner. The temperature distributions in the flame were measured by rapid insertion of a R-type thermocouple and the soot particles were detected were detected by LEM/LIS techniques. In these measurement, soot volume fraction, number density and soot diameters were analyzed experimentally. As a results, the spacial distributions of particle volume fraction, soot diameter, and number density are mapped throughout the flame using the Rayleigh theory for the scattering of light by absorbing particles. A laser extinction method was used to measure the soot volume fraction and Laser induced scattering method was used to measure the soot particle diameter and number density. Also, we measured temperature without the effect of soot particles attached to the thermocouple junction, which is close to the nozzle. In this result, we found that upstream zone has a unstable flowing in co-flow diffusion flame and the y-axis temperature of flame has a uniform temperature distribution in the most soot volume fraction zone.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.3
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pp.358-370
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1997
In the present study, investigations were carried out to obtain data on combustion characteristics of methane gas and hydrogen supplemented methane gas in a constant volume combustion chamber. The main results obtained from the study can be summarized as follows. The maximum combustion pressure increases as the initial pressure and hydrogen supplement rate increase, the total burning time is shorten by lowering the initial pressure and by increasing the hydrogen supplement rate. The maximum flame temperature and NO concentration increase by the initial pressure and hydrogen supplement rate increase. The flame propagation processes in near stoichiometric mixture are propagated with a spherical shape, but in excess rich or lean mixtures are propagated with a elliptical shape. And, they are changed an unstable elliptical shape flame with very regular cells by increasing the hydrogen supplement rate.
The emission characteristics, flame stability, the composition of the flame zone and temperature profile were studied experimentally. The compositions of oxydant were varied by substituting $N_2$ with $CO_2$ at the constant $O_2$ concentration. Results showed that flame became unstable due to the high heat capacity, low transport rate and strong radiation effect of $CO_2$ in comparison with those of $N_2$. The reaction zone was cooled, broadened, as the conversion ratio of $CO_2$ to $N_2$ was increased. Temperature has a large effect on the NOx emission. The concentration of NOx in flue gas decreased due to the decreased temperature of reaction zone. It was also shown that the reaction was delayed by the cooling effect. As the conversion ratio of $CO_2$ to $N_2$ was increased, the emission of CO and the higher temperature zone increased due to the decrease of reaction rate by the cooling effect.
The use of electromagnetic wave has been interested in various energy industry because it enhances a flame stability and provides higher safety environments. However it might increase the pollutant emissions such as NOx and soot, and have harmful influence on human and environments. Therefore, it is very important to understand interaction mechanism between flame and electromagnetic wave from environmental point of view. In this study, an experiment was performed with jet diffusion flames induced by electromagnetic wave. Microwave was used as representative electromagnetic wave and a flickering flame was introduced to simulate the more similar combustion condition to industry. The results show that the induced microwave enhances the flame stability and blowout limit. The unstable lifted flickering flames under low fuel/oxidizer velocity is changed to stable attached flames or lift-off flames when microwave applied to the flames, which results from the abundance of radical pool. However, NOx emission was increased monotonically with increasing the microwave power as microwave power increased up to 1.0 kW. The effects might be attributed to the heating of combustion field and thermal NOx mechanism will be prevailed. Soot particle was examined at the post flame region by TEM grid. The morphology of soot particle sampled in the microwave induced flames was similar to the incipient soot that is not agglomerated and contain a lots of liquid phase hydrocarbon such as PAH, which soot particle formed near reaction zone is oxidized on the extended yellow flame region and hence only unburned young particles are emitted on the post flame region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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