The effects of velocity boundary conditions on the structure of methane-air nonpremixed counterflow flames were investigated by two-dimensional numerical simulation. Two low global strain rates, 12 s$\^$-1/ and 20 s$\^$-1/, were considered for comparison with measurements. Buoyancy was conformed to have strong effects on the flame structure at a low global strain rate. It was shown that the location where a top hat velocity profile was imposed is sensitive to the flame structure, and that the computed temperature along the centerline agrees well with the measurements when plug flow was imposed at the inner surface of the screen nearest the duct exit.
An experimental study was conducted to find the effect of a pilot flame on the flammability of inert-gas-diluted methane and propane. The diffusion pilot flame was formed with propane at the innermost nozzle of a concentric triple co-flow burner. The main diffusion flame was formed with nitrogen-diluted methane or propane at the outermost nozzle of the burner. An air flow was located in-between. The results showed that the existence of the pilot flame helped stabilizing the main flame even at the flammability limit concentration of nitrogen-diluted fuel. The co-flow burner generated re-circulation zones and local variation of equivalence ratio depending on the flow rates of the reactants, which are known to help flame stabilization. Hot-wire experiments confirmed that both heating of the reactants and supplying of active chemical species by the pilot flame contributed to stabilization of the main flame. The results of this study would suggest a design concept for an efficient SVRU system that minimizes the emission of unburned hydrocarbon fuel from ship fuel tanks.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.17
no.2
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pp.16-23
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2013
An experimental study has been conducted to investigate the effects of equivalence ratio on the propagation characteristics of $CH_4$-air premixed flame intervened by an ultrasonic standing wave. A Schlieren photography was used for the flame structure visualization, and the flame propagation behavior was investigated in detail throughout the post-processing analysis. It is found that the structural variation of methane/air premixed flame caused by the intervention of ultrasonic standing wave give rise to the enhancement of combustion reaction and flame propagation velocity. Effectiveness of the standing wave on the flame velocity decreases as the equivalence ratio increases. Larger flame velocity with the standing wave becomes undistinguishable in a specific range of equivalence ratios.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.15
no.6
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pp.1-6
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2011
An experimental study has been conducted to scrutinize into the influence of ultrasonic standing wave field on the variation of methane/air premixed flame structure. Visualization technique utilizing the Schlieren method is employed for the observation of premixed flame propagation. The shape of flame front and local flame velocity are measured according to the variation of reactants pressure and chamber opening/closing condition. The flame fronts affected by the standing wave are clearly distorted but the vertical locations of frontal dents do not undergo any appreciable change. The influence of standing wave on the flame front becomes more prominent as the flame propagates downward. It is found that the propagation velocity of flame front with excitation of standing wave is greater than the case without the excitation. It is eventually revealed that the flame is deformed to lotus-shaped one by the vivid interaction of ultrasonic standing-wave with the reflected wave coming from the right side.
The effect of secondary flow on both methane/air and propane/air premixed flame was investigated experimentally. By changing the radius of curvature, various flame behavior was observed. In the V-bend nozzles, flame surface is deformed from axisymmetry. As the exit velocity increased, flame lifted off partially. When the radius of curvature of the V-bend increased, the region where premixed flame is entirely on the rim increased. Since the axial velocity field is changed due to the secondary flow effect, comparison of V-bend and straight tube with the same diameter shows larger V-bend nozzle exit velocity for both flash back and flame blowout. The flame characteristics are mapped with a equivalence ratio, a velocity, and a nozzle radius of curvature. To identify physical reasoning on the flame surface deformation, numerical calculations are conducted. OH radical distributions in flames are visualized by PLIF technique.
Quenching phenomena is one of major concern in development of millimeter or sub-millimeter scale micro combustor for the size of the combustor is near extinction condition. In this work we focused on the effect of combustor wall condition that was parameterized by Perovskite LSC($La_{0.8}$$Sr_{0.2}$$CoO_3$) redox catalyst. The experiment was done by variable gap-width 2D wall equipment. The flame was produced by premixed methane-air jet issuing from millimeter-scale slot burner and it propagated through the narrow gap of the walls. By comparison of flame behaviour near catalyst-coated wall and simple glass wall, we investigated the effect of possible surface reaction on quenching phenomena. The flame between two plates was observed where the gap of the plates was reduced stepwise from 20mm to a distance of quenching occurrence. The two flames with and without surface modification were almost same by observation. But the gap for the occurrence of quenching was increased between catalyst-coated wall. So we concluded that surface reaction close to combustor wall has a negative effect on micro combustion.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.2
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pp.659-669
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1996
To clarify the effects of equivalence ratio, initial pressure and temperature on the flame propagation and radicals characteristics, a series of the experimental study were conducted in a quiescent methane-air premixture using a constant volume chamber. The development of the flame was visualized following the start of ignition using high speed schlieren photo and radical images by intensified CCD camera. Combustion pressure and ion current were recorded simultaneously according to the experimental conditions which were equivalence ratio with 0.7 to 1.2, initial pressure with 0.08 MPa to 0.40 MPa and initial premixture temperature with 3l3.2K to 403.2K. The results showed that the flame speed by ion current and mass fraction burned by combustion pressure characterized the effects of flame propagation very well. And increased combustion duration due to lean combustion condition that was below equivalence ratio, 0.8 caused cycle variation and decreasing the power of engine.
Measurements with filaments and thermocouples and computations with Oppdif and FDS were carried out to investigate the impact of flame strain, agent addition, and buoyancy on the structure and extinction of nonpremixed counterflow flames. Measurements through 2.2 s drop tests in microgravity conditions and experiments in normal gravity conditions were compared with the results of computations. For the global strain rates 7 s$^{-1}$ through 100 s$^{-1}$ , the turning point behavior in the critical nitrogen concentration at O-g was confirmed. The effects of buoyancy, that is, changes in the flame curvature and thickness were also confirmed by the computations with FDS. There was agreement in the peak flame temperature and its position between the computations and the measurements in the near extinction methane/air diffusion flames in microgravity.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.5
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pp.602-614
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1997
In order to evaluate the effects of equivalence ratio, initial pressure and temperature on the laminar flame propagation process, and combustion radicals characteristics, experimental approaches are carried out in methane-air premixture using a constant volume chamber. Local and average radical intensities were measured to determine the time and spatial correlations between each radicals; C $H^{*}$(431 nm), $C_{2}$$^{*}$ (517 nm) and O $H^{*}$(309 nm) . The results are showed that two kinds of equation were proposed for the cases of continuous flame and intermittent flame type to evaluate actual equivalence ratio using relative intensities with each radicals. Both equations were agreed with actual equivalence ratio within 10% errors range. And schlieren photo and CCD image were compared with flame sizes at equivalence ratio 1.0.o 1.0.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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