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.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.16
no.3
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pp.16-23
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2012
This study has been conducted to scrutinize agitation effects of an ultrasonic standing wave on the dynamic behavior of methane/air premixed flame. The propagating flame was caught by high-speed Schlieren images, through which local flame velocities of the moving front were analyzed in unprecedent detail. It is revealed that the propagation velocity agitated by the ultrasonic standing wave is greater than that without agitation at the stoichiometric ratio: the velocity enhancement diminishes as the equivalence ratio approaches upper flammability limit or lower flammability limit. Also, vertical locations of the wave-affected frontal distortions do not vary appreciably, unless the propagating-mode characteristics (pressure amplitude and driving frequency) of ultrasonic standing wave were not changed.
An experimental investigation has been made with the objective of studying the limits of equivalence ratio on mixing enhancement in a tone excited jet flame. The jet is pulsed by means of a loudspeaker-driven cavity and rich flames(${\phi}>1.5$) are used. The excitation frequency is chosen for the resonant frequency identified as a pipe resonance due to acoustic excitation. Methane, propane and butane are used to examine the effect of mixture property on the limit of equivalence ratio. Mixing is always enhanced in a methane/air flame as the excitation intensity increases. Constant lower limits of equivalence ratio for mixing enhancement are present in cases of propane/air and butane/air flames irrespective of mean mixture velocities. The equivalence ratio limits are also found to be related to the flame instability ; the lower Le, the higher the limit of equivalence ratio. Under the equivalence ratio limits, cellular flames are generated as the excitation intensity increases. The amplitude of oscillating velocity for generating a cellular flame in the equivalence ratio limit is proportional to a mean mixture velocity irrespective of fuels.
Self-excited noise generation from laminar flames in thin annular jets of methane/air premixture has been investigated experimentally. Various flames were observed in this flow configuration, including conical shape flames, ring shape flames, steady crown shape flames, and oscillating crown shape flames. Self-excited noise with the total sound pressure level of about 70dB was generated from the oscillating crown shape flames for the equivalence ratio larger than 0.95. Sound pressure and $CH^*$ chemiluminescence were measured by using a microphone and a photomultiplier tube. The frequency of generated noise was measured as functions of equivalence ratio and premixture velocity. A frequency doubling phenomena have also been observed. The flame shape during flame oscillation was reconfirmed by a synchronized PIV experiment. The velocity and pressure field were obtained from PIV. The minimum pressure was formed near the edge of flame representing circulation. By comparing the results of sound pressure, flame luminosity and PIV, the noise source can be attributed to the flame front fluctuation near the edge of the oscillating crown-shape flames.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.15
no.4
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pp.35-40
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2011
An experimental study of the flame response in a turbulent premixed combustor has been conducted in order to investigate mechanisms for combustion instabilities in a lean premixed gas turbine combustor. A lab-scale combustor and mixing section system were fabricated to measure the flame transfer function. Measurements are made of the velocity fluctuation in the nozzle using hot wire anemometry and of the heat release fluctuation in the combustor using chemiluminescence emission. The results show that the flame transfer functions are greatly dependent on the modulation frequency as well as operating conditions such as equivalence ratio. Flame dynamics can be generalized as a function of Strouhal number which is a ratio of flame length to modulation wave length.
Propane coflow diffusion flames have been experimentally studied to investigate the liftoff and reattachment characteristics. Flame properties such as velocity and density distribution were measured by LDV and shadowgraphy, respectively. It is shown that as the velocity of coflowing air increases, liftoff velocity decreases nonlinearly in turbulent jets and linearly in laminar jets, while reattachment velocity decreases nonlinearly. Meanwhile, as inner nozzle tip thickness increases, liftoff velocity increases with the reattachment velocity nearly unchanged. Liftoff phenomena in these flames can be categorized into three classes as a function of coflow velocity, such as laminar liftoff, turbulent liftoff, and transient liftoff.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.23
no.1
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pp.88-95
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1999
This study investigates the effects of different kind fuels on the flame structure by using the numerical simulation in triple flame made by a co-flowing fuels-air stream based on the elementary chemical reaction mechanism. Methane and Hydrogen were used as fuel for this study. In order to interpret the result of the study on numerical simulation Skeletal chemistry is employe as the elementary chemical reaction mechanism for methane Gutheil's as an offset ele-mentary chemical reaction mechanism for hydrogen. The result of this study is as follows. In com-parison between the apparent burning velocity change of triple flame and the one-dimensional pre-mixed flame hydrogen fuel flame is higher than methane fuel flame. The flame thrusts out for-ward in the down stream of the boundary between air-fuel mixture and air stream and a part of the flow is bent and forks out in this protruding flame so that a triple flame is originated.
The stabilization of propane/air lean premixed flames by a heated cylindrical rod is investigated experimentally. The flame stability limits, heat flux, surface temperatures, equivalence ratios, and mixture velocities are measured in order to understand the role of heat flux or surface temperature on the flame stabilization of lean premixed flames. The flame stability limits are lowered by a heated cylindrical rod and extended even below the flammability limit of propane/air mixture when sufficient heat flux is provided. The flame stability limit decreases with the increase of heat flux or surface temperature and decreases with the higher mixture velocity. The diameter of cylindrical rod, however, dose not significantly affect the flame stability limit. The laminar flame speed has been measured for ultra lean propane/air premixed flames. The flame stabilization by a heated cylindrical rod provides the useful tool for the measurement of flame speed under very fuel-lean conditions.
Flame spreading over liquid fuel surface has been investigated using thermocouple and schlieren photograph. Without forced convection, it was clearly found that the flame spreading is mainly controlled by surface flow which is maybe generated by change of surface tension. Furthermore, the radiative heat transfer is dominant over a conductive heat transfer in kerosene. But the latter was found more influential than the former in diesel. Oscillation of flame spreading was found. It maybe cause of surface flow.
The present study is focused on the subgrid scale combustion model in context with a Large Eddy Simulation. In order to deal with detailed chemical kinetic, the level-set method based on a flamelet model is addressed. In this model, the flame front is treated as an interface, represented by an iso-surface of a scalar field G. This iso-surface is convected by the velocity field and its filtered quantities are include the turbulent burning velocity, which is to be modelled. For modelling the turbulent burning velocity, an equation for the length-scale of the sub-filter flame front fluctuations was developed. The formulations and issues for the turbulent premixed and partially premixed flames are addressed in detail.
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