The impacts of equivalence ratio on the flow structure and flame dynamics in a model gas turbine combustor are investigated using large eddy simulation(LES). Dynamic k-equation model and G-equation flamelet model are employed as LES subgrid model for flow and combustion, respectively. As a result of mean flow field for each equivalence ratio, the increase of equivalence ratio brings about the decrease of swirl intensity through the modification of thermal effect and viscosity, although the same swirl intensity is imposed at inlet. The changes of vortical structure and turbulent intensity etc. near flame surface are occurred consequently. That is, the decrease of equivalence ratio can leads to the increase of heat release fluctuation by the more increased turbulent intensity and fluctuation of recirculation flow. In addition, the effect of inner vortex generated from vortex breakdown on the heat release fluctuation is increased gradually with the decrease of equivalence ratio. Finally, it can be identified that the variations of vortical structure play an important role in combustion instability, even though the small change of equivalence ratio is occurred.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.7
s.250
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pp.671-681
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2006
This study focuses on the development of numerical procedure to analyze the nonlinear combustion instabilities in liquid rocket engine. Nonlinear behaviors of acoustic instabilities are characterized by the existence of limit cycle in linearly unstable engines and nonlinear or triggering instability in linearly stable engines. To discretize convective fluxes with high accuracy and robustness, approximated Riemann solver based on characteristics and Euler-characteristic boundary conditions are employed. The present procedure predicts well the transition processes from initial harmonic pressure disturbance to N-like steep-fronted shock wave in a resonant pipe. Longitudinal pressure oscillations within the SSME(Space Shuttle Main Engine) engine have been analyzed using the pressure-sensitive time lag model to account for unsteady combustion response. It is observed that the pressure oscillations reach a limit cycle which is independent of the characteristics of the initial disturbances and depends only on combustion parameters and operating conditions.
The impacts of equivalence ratio on flow structure and flame dynamic in a model gas turbine combustor are investigated using large eddy simulation(LES). Dynamic k-equation model and G-equation flamelet model are employed as LES subgrid model for flow and combustion, respectively. As a result of mean flow field for each equivalence ratio, the increase of equivalence ratio brings about the decrease of swirl intensity through the modification of thermal effect and viscosity, although the same swirl intensity is imposed at inlet. The changes of vortical structure and turbulent intensity etc. near flame surface are occurred consequently. That is, the decrease of equivalence ratio can leads to the increase of heat release fluctuation by the more increased turbulent intensity and fluctuation of recirculation flow. In addition, the effect of inner vortex generated from vortex breakdown on the heat release fluctuation is increased gradually with the decrease of equivalence ratio. Finally, it can be identified that the variations of vortical structure play an important role in combustion instability, even though the small change of equivalence ratio is occurred.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.20
no.5
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pp.19-25
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2012
This study describes effects of DME additives on combustion and exhaust emissions characteristics including nano-particle in a single cylinder compression ignition engine. Considered additives include bio-diesel, n-butanol, and MTBE for increasing kinematic viscosity. Among three additives, n-butanol showed the greatest kinematic viscosity. In addition MTBE showed the highest vapor pressure. In the present study mixing ratios of additives were kept constant at 1 and 10% by volume. Experiments were performed at 1200rpm engine speed and nano-particles were measured by SMPS (Scanning mobility particle sizer) devices. Results of combustion characteristics showed that considered additives had little effects on combustion pressure. However, patterns of heat release rate were dependent on properties of additives. Nano-particles of MTBE were the lowest among considered additives.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.4
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pp.76-82
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2007
This paper described the effect of the multiple injections on the stability of combustion and emission characteristics in a direct injection diesel engine at various operating conditions. In order to investigate the influence of multiple injections in a diesel engine, the fuel injection timing was varied one main injection and two pilot injections at various conditions. The experimental apparatus consisted of DI diesel engine with four cylinders, EC dynamometer, multi-stage injection control system, and exhaust emissions analyzer. The combustion and emission characteristics were analyzed for the main, pilot-main injection, pilot-pilot-main injection strategies. It is revealed that the combustion pressure was smoothly near the top dead center and the coefficient of variations is reduced due to the effect of pilot injection. Also, $NO_x$ emissions are dramatically decreased with pilot injection because the decrease of rate of heat release. However, the soot is increased at early pilot injection and main injection.
Kim, Seong-Jin;Yeom, Hyo-Won;Sung, Hong-Gye;Gil, Hyun-Yong;Yoon, Hyun-Gull
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2010.05a
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pp.411-414
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2010
In supersonic propulsion system, the inlet buzz phenomenon in the subcritical operation arises large pressure oscillation, combustion instability, and thrust loss, etc. Inlet Buzz phenomenon and the spray injection/combustion are figured out by the unified unsteady numerical analysis. TAB(Taylor Analogy Breakup) model was applied. Acoustic mode of the entire engine was investigated by detail analysis of pressure fluctuation at each location of the engine.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.1084-1087
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2017
When a liquid rocket engine is started the oxidizer and fuel must be flowed into combustion chamber and gas generator with time differences. The wrong time difference between propellants or malfunction of ignition device can occur the explosion of combustion chamber due to detonation by energized premixed-propellants. Therefore it is important to observe the transient characteristic of propellants or to measure the inflow time of propellants into combustion chamber and gas generator. The measurement of static pressure is not enough to observe the propellants inflow time into combustion chamber and gas generator. By measuring dynamic pressure of main flow passage of propellants the accurate propellants inflow time could be investigated.
The reformer system is a chemical device that drives the conversion of hydrocarbon to hydrogen rich gas under high temperature environment($600-1,000^{\circ}C$). Generally, NG(Natural Gas) or AOG(Anode Off Gas) is used as fuel of fuel cell reformer combustion system. The experimental study to analyze the combustion characteristics of a premixed ceramic burner used for 0.5-1.0 kW fuel cell reformer was performed. Ceramic burner experiments using NG and AOG were carried out to investigate the flame stability characteristics by heating capacity, equivalence ratio and different fuels respectively. The results show that surface flames can be classified into green, red, blue and lift-off flames as the equivalence ratio of methane-air mixture decreases. And the stable flames can be established using NG and AOG as reformer fuel in the perforated ceramic burner. In particular, the blue flame is found to be stable at a lean equivalence ratio under different mixture conditions of NG and AOG for the 0.5 to 1.0 kW fuel cell system power range. NOx emission is under 60 ppm between 0.70 to 0.78 of equivalence ratio and CO emission is under 50 ppm between 0.70 to 0.84 of equivalence ratio.
For better and large utilization of rice husk, the production and consumption status, differences in chemical composition and heating value due to region and variety, and thermogravimetric characteristic of rice husk were studied. In addition, the differences in chemical composition due to region and variety and the crystallization characteristic of rice husk ash were also studied. Approximately 800,000 M/T of rice husk was produced per year in Korea, which is about $18\%$ of the paddy production by weight. Noticeable varietal and regional difference pattern in chemical composition was not found among the domestic rice husk samples. Their average ash content and higher heating value were $16.4\%$ and 16,660 kJ/kg by dry basis, respectively. A relation seemed to exist between the carbon content and higher heating value. Noticeable difference pattern in chemical composition was not found among the domestic rice husk ash samples. The $SiO_2$ contents were a little low, the maximum being $92.9\%,$ and the contents of major components such as CaO, MgO, and $K_2O$ were also lower compared with foreign rice husk ash due to the deficiency of compost matters in domestic soils. Thermogravimetry study showed the thermal decomposition of rice husk started at about $250^{\circ}C,$ followed by relatively fast combustion of combustible gas until the temperature rose to $350^{\circ}C.$ After $350^{\circ}C,$ combustion of the carbon component proceeded relatively slowly as the temperature increased. Therefore, the ignition temperature of the rice husk could be estimated around $300^{\circ}C$. Crystallization of $SiO_2$ in the rice husk ash was found from the combustion temperature of $750^{\circ}C$ and became distinctly when the combustion temperature exceeded $900^{\circ}C$. The ash became darker with $SiO_2$ crystallization.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.3
no.4
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pp.44-50
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1999
For the prediction of combustion performance of the Unlike Impinging Quadlet Injector (OOOF type), mixing efficiency, mixing characteristic velocity, and efficiency of mixing characteristic velocity were obtained from the cold test. Water/kerosene were used for simulants, The momentum ratio of oxidizer and fuel were mixing correlating parameter. Orifice discharge coefficient, spray pattern and mass distribution were measured. As a result, invasion-depth had strong effect on mixing efficiency, mixing characteristic velocity, and efficiency of mixing characteristic velocity. Mixing efficiency and efficiency of mixing characteristic velocity showed maximum value for momentum ratio 1.67(TMR = 2.5), and fuel rich state showed larger decreasing ratio than oxidizer rich state.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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