Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.4
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pp.447-457
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2003
An experiment in a turbulent non-premixed flat flame was carried out in order to investigate the effect of swirl number on the flow and combustion characteristics. First. stream lines and velocity distribution in the flow field were obtained using PIV method. In contrast with the axial flow without swirl, highly swirled air induced stream lines along the burner tile. and backward flow was caused by recirculation in the center zone of the flow field. In the combustion. the flame with swirled air also became flat and stable along the burner tile with increment of the swirl number. Flame structure by measuring OH and CH radicals intensity and by calculating Damkohler number(Da) and turbulence Reynolds number(Re$_{T}$) was examined. It appeared to be comprised in the wrinkled laminar-flame regime. Backward flow by recirculation of the burned gas decreased the flame temperature and emissions concentrations as NO and CO. Consequently, the stable flat flame with low NO concentration was achieved.d.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.2
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pp.223-229
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2004
Combustion using oxygen enriched air is known as a technology which can increase thermal efficiency due to increase of the flame temperature. Flame shapes, schlieren photos, OH radical chemiluminescence and local flame temperature were examined as a function of OEC(Oxygen Enriched Concentration) in a coaxial non-premixed jet. With increase of OEC, flame length and width decreased, but its brightness increased significantly, and the size of vortices in the flame also increased. Especially, the reaction around the flame surface became active. The strong OH intensity appeared to be made and moved from middle stream to upper one with increase of OEC, which shows combustion reaction in the upper stream becomes more dominant In addition, the temperature distributions of the flames showed similar tendency with OH radical intensities. A flame with high temperature and strong stability was obtained with increasing OEC of the coflow.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.12
s.243
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pp.1352-1359
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2005
Unsteady simulations were performed to investigate the flame structure and the dynamic behavior of a premixed flame exposed to the wall heat loss. A 3-step global reaction mechanism was adopted in this study. Simulations were performed for two tube combustors with inner diameters($d_i$) of 1mm and 4mm. The material of tube combustor was assumed to be a Silicon Nitride($Si_{3}N_4$). The heat loss from the outer tube wall was controlled by adjusting the amount of convective and radiative heat loss. A conical premixed flame could be stabilized inside a tube of $d_i=4mm$. The flame stability inside a tube of $d_i=4mm$ combustor was not much sensitive to the amount of heat loss. In case of a tube of $d_i=1mm$, an oscillating flame was observed in very low heat loss condition and a flame could not be sustained in realistic heat loss condition.
Many previous works have been performed to provide correlations of flame length, theoretically and experimentally. Most of these results studied were conducted in vertical turbulent flame with no coaxial air condition. The present study analyzes the flame length scaling with coaxial air. In turbulent hydrogen non-premixed jet flames with coaxial air, flame length scaling theoretically proposed so far has been related with the concept of a far-field equivalent source. At high coaxial air to fuel velocity ratio, $U_A/U_F$, however, this scaling theory has some difference with experimental flame length data. This difference is understood to be due to the fact that the theory is based on far-field notion, while the effect of coaxial air on jet flame occurs in the region near the nozzle exit. Therefore, we define effective jet density $P_{eff}$ involving the concept of near-field so that effective jet diameter can be extended to the near-field region. In this condition, we modify the correlation and compare with experimental data.
In the present paper, the effects of combustion instability on flow structure and flame dynamic with the configurations of burner exit 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. As a result of mean flow field, the change of divergent half angle(${\alpha}$) at burner exit results in variations in the size and shape of the central toroidal recirculation(CTRZ) as well as flame length by changing corner recirculation zone(CRZ). The case of ${\alpha}=45^{\circ}$ show smaller size and upstream location of CTRZ than that of $90^{\circ}$ and $30^{\circ}$ by the development of higher swirl velocity. The flame length in the case of ${\alpha}=45^{\circ}$ is the most shortest, while that in the case of ${\alpha}=30^{\circ}$ is the longest by the decrease of effective reactive area with the absence of CRZ. Through the analysis of pressure fluctuation, it is identified that the case of ${\alpha}=45^{\circ}$ shows the most largest damping effect of pressure oscillation in all configurations and brings in the noise reduction of 2.97dB, comparing with that of ${\alpha}=30^{\circ}$ having the largest pressure oscillation. These reasons are discussed in detail through the analysis of unsteady phenomena about recirculation zone and flame surface. Finally the effects of flame-acoustic interaction are evaluated using local Rayleigh parameter.
A two-dimensional direct numerical simulation is performed to investigate the flame structure of $CH_4/N_2-Air$ counterflow nonpremixed flame interacting with a single vortex. The detailed transport properties and a modified 16-step augmented reduced mechanism based on Miller and Bowman#s detailed reaction mechanism are adopted in this calculation. To quantify the strain on flame induced by a vortex, a scalar dissipation rate (SDR) is introduced. The results show that fuel-side and air-side vortex cause an unsteady extinction. In this case, the flame interacting with a vortex is extinguished at much larger SDR than steady flame. It is also found that air-side vortex extinguishes a flame more rapidly than fuel-side vortex. The unsteady effect induced by flame-vortex interaction does not lead to a transient OH overshoot of the maximum steady concentration observed in experiment, while $HO_2$ radical increases more than the maximum steady concentration with increasing SDR. In addition, it is seen that NO and $NO_2$ are not sensitive to the unsteady variation of SDR.
Mittal, Garima;Dhand, Vivek;Rhee, Kyong Yop;Kim, Hyeon-Ju;Jung, Dong Ho
Carbon letters
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v.16
no.1
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pp.1-10
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2015
In recent years, flame synthesis has absorbed a great deal of attention as a combustion method for the production of metal oxide nanoparticles, carbon nanotubes, and other related carbon nanostructures, over the existing conventional methods. Flame synthesis is an energy-efficient, scalable, cost-effective, rapid and continuous process, where flame provides the necessary chemical species for the nucleation of carbon structures (feed stock or precursor) and the energy for the production of carbon nanostructures. The production yield can be optimized by altering various parameters such as fuel profile, equivalence ratio, catalyst chemistry and structure, burner configuration and residence time. In the present report, diffusion and premixed flame synthesis methods are reviewed to develop a better understanding of factors affecting the morphology, positioning, purity, uniformity and scalability for the development of carbon nanotubes along with their correlated carbonaceous derivative nanostructures.
In this study, a novel phosphorus-containing flame retardant copolymer of spirocyclic pentaerythritol di(phosphate monochloride) and bisphenol S (SPD-BS) was successfully synthesized and used as a flame retardant in diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) epoxy resins. The chemical structure of the SPD-BS was characterized using FT-IR and $^1H$ NMR spectra. The thermal properties were investigated by differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA). The effects of SPD-BS and nano-$CaCO_3$ on the flame-retardant properties of DGEBA/SPD-BS systems were evaluated by measurement of the burning rate. As a result, the thermal stabilities of the DGEBA/SPD-BS systems were decreased with increasing SPD-BS content. The flame-retardant properties and char yields of the systems were significantly increased when SPD-BS content increased. The synergism of nano-$CaCO_3$ incorporation on flame retardancy was found for the DGEBA/SPD-BS systems.
Flame arrestor as end of line flame arrester for endurance burning prevents a light-back at deflagration and stabilized burning (during and after endurance burning) of potentially explosive vapor-air and gas-air mixtures at the end of vent pipes. In a flame arrestor, spring is an important part. The spring load as well as the spring's elasticity determine when the hood is opened. In addition, the spring have to work in high temperature condition due to gas burning. Therefore, it is necessary to analyze mechanical load and elasticity of spring when gas is burned. Based on the dynamic calculation on working process of a specific flame arrestor, analysis of spring is taken. A three dimensional model for spring burned in flame arrestor by using CFD simulation. Results of the CFD analysis are input in FEM simulation to analyze structure of the spring. The simulation results can predict and estimate the spring's load and elasticity at variation of the spring's deflection. Moreover, the obtained result can provide makers with references to optimize design of spring as well as flame arrestor.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2012.05a
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pp.318-323
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2012
This study is conducted to scrutinize agitation effects of an ultrasonic standing wave on the dynamic behavior of methane/air premixed flame. The propagating flame is caught by high-speed schlieren images, through which flame front and local flame velocity are analyzed and obtained, too. It is revealed that the propagation velocity with ultrasonic standing wave is larger than the case without excitation except around the flammability limits. Also, vertical locations of distortions and depth of dents of the front are constant, unless the ultrasonic standing wave characteristics are not changed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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