Kim, Kyung-Ho;Kim, Tae-Kwon;Park, Jeong;Ha, Ji-Soo
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.15
no.2
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pp.47-56
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2011
Flame propagation velocity is the one ofmainmechanismof the stabilization of triple flame. To quantify the triple flame propagation velocity, Bilger presents the triple flame propagation velocity depending on the mixture fraction gradient, based on the laminar jet flow theory. However, in spite of these many analyses, there was not presented any relation of these variables, triple flame propagation velocity, radius of flame curvature and scalar dissipation rate indirectly. In the present research, we have checked the results of numerical simulation with experiment and numerical analysis and verified the flame propagation velocity with a scalar dissipation rate proposed by Bilger through the numerical simulation. Also we have clarified that flame propagation velocity was depended on the radius of flame curvature and scalar dissipation rate.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.12
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pp.1662-1669
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2000
Various flame types are observed in a double concentric burner by varying equivalence ratio and flow rates in each tube. Observed flame types include bunsen-type flame, ring-shaped flame, outer lifted flame, inner lifted flame, and oscillatory lifted flame, The doman of existence of various flames is mapped with equivalence ratio and annular jet velocity. Each flame is investigated through direct photography and OH PLIF. As central air velocity increase, the blowout region is diminished and lifted oscillating flames are observed. Inner lifted flames are observed from bunsen flames or rich shaped flames by increasing central air velocity. For inner lifted flames, annular jet velocity, at flame liftoff decreases with increasing central air jet velocity. Axial velocity profile and temperature fie이 using LDV and CRS, respectively, for a typical inner lifted flame are also measured through which the role of tribrachial flame for stabilization in emphasized.
Kim, Mun-Ki;Oh, Jeong-Seog;Choi, Young-Il;Yoon, Young-Bin
한국가시화정보학회:학술대회논문집
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2007.11a
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pp.149-154
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2007
This study examines the effect of acoustic excitation using forced coaxial air on the flame characteristics of turbulent hydrogen nonpremixed flames. A resonance frequency was selected to acoustically excite the coaxial air jet due to its ability to effectively amplify the acoustic amplitude and reduce flame length and NOx emissions. Acoustic excitation causes the flame length to decrease by 15 % and consequently, a 25 % reduction in EINOx is achieved, compared to a flame without acoustic excitation. Moreover, acoustic excitation induces periodical fluctuation of the coaxial air velocity, thus resulting in slight fluctuation of the fuel velocity. From phase-lock PIV and OH PLIF measurement, the local flow properties at the flame surface were investigated under acoustic forcing. During flame-vortex interaction in the near field region, the entrainment velocity and the flame surface area increased locally near the vortex. This increase in flame surface area and entrainment velocity is believed to be a crucial factor in reducing flame length and NOx emission in coaxial jet flames with acoustic excitation. Local flame extinction occurred frequently when subjected to an excessive strain rate, indicating that intense mass transfer of fuel and air occurs radially inward at the flame surface.
The tribrachial flame in laminar coflow jet has been investigated experimentally with unsteady propagating condition. In this experiment, we found that the tribrachial point has an angle of flame surface because the location of tribrachial point is not on the base point of flame but on the inclined surface of flame. This angle of Flame surface at tribrachial point are increasing when the flame is approaching to the nozzle exit. With considering this angle of flame surface, the radial velocity gradient can affect flame propagation speed by increasing flow-stretch effect. The propagation speed of tribrachial flame was calculated with including above stretch effect. The speed decreases with increasing velocity gradient due to the increment of stretch effect.
The detachment stability characteristics of syngas $H_2$/CO jet attached flames were studied. The flame stability was observed while varying the syngas fuel composition, coaxial nozzle diameter and fuel nozzle rim thickness. The detachment stability limit of the syngas single jet flame was found to decrease with increasing mole fraction of carbon monoxide in the fuel. In hydrogen jet flames with coaxial air, the flame detachment stability was found to be independent of the coaxial nozzle diameter. However, velocities of appearance of liftoff and blowout velocities of lifted flames have dependence. At lower fuel velocity range, the critical coaxial air velocity leading to flame detachment increases with increasing fuel jet velocity, whereas at higher fuel velocity range, it decreases. This increasing-decreasing non-monotonic trend appears for all $H_2$/CO syngas compositions (50/50~100/0% $H_2$/CO). To qualitatively understand the flame behavior near the nozzle rim, $OH^*$ chemiluminescence imaging was performed near the detachment limit conditions. For all fuel compositions, local extinction on the rim is observed at lower fuel velocities(increasing stability region), while local flame extinction downstream of the rim is observed at higher fuel velocities(decreasing stability region). Maximum values of the non-monotonic trends appear to be identical when the fuel jet velocity is normalized by the critical fuel velocity obtained in the single jet cases.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.8
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pp.1089-1096
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2003
An experiment was performed to investigate lift-off, blow-off and combustion characteristics of a lifted coaxial diffusion flame according to fuel jet and air velocity. A jet diffusion flame which is attached on the nozzle rim begins to be lifted with increase of air velocity, and finally becomes blow-off at higher air velocity. In experiment, blow-off limit increased with increase of fuel jet velocity, however lift-off occurred at lower air velocity. Flame structure and combustion characteristics were examined by schlieren photos, temperature distributions and emission concentration distributions. Flame temperature became higher at midstream and its RMS became larger at up and downstream with increase of air velocity. Local NO concentration decreased but $CO_2$concentration increased with increase of air velocity, which shows combustion reaction becomes close to be stoichiometric at higher air velocity in spite of lift-off.
Characteristics of lifted flame for highly diluted propane with nitrogen in high temperature coflowing air have been experimentally investigated, and the stabilization mechanism of lifted flame in high temperature air coflow have been proposed. As the coflow temperature increases, the liftoff height of flame decreased due to the increase of stoichiometry laminar burning velocity. At same coflow temperature, the difference of liftoff height between the fuel mole fractions has been disappeared by scaling the liftoff velocity with stoichiometry laminar burning velocity. It has been found that lifted flame can be stabilized for even smaller fuel velocity than stoichiometry laminar burning velocity. This can be attributed to buoyancy effect and the liftoff velocity characteristics for coflow temperature support it.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.30
no.1
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pp.140-149
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2006
Characteristics of a laminar diffusion flame placed near wall in microgravity have been numerically analyzed in a two-dimension. The fuel for the flame is $C_2H_4$. The flame is initiated by imposing a high temperature ignition source. The flow field, temperature field, and flame shape in microgravity diffusion flame are detailed. Especially, effects of surrounding air velocity and fuel injection velocity on the microgravity diffusion flame have been discussed accounting for standoff distance. And, the effect of curvature rate has been also studied. The results showed that velocities in a diffusion flame were overshoot because of volumetric expansion and distribution of temperature showed regularity by free-buoyancy This means that the diffusion flame in microgravity is very stable, while the flame in normal gravity is not regular and unstable due to buoyancy. Standoff distance decreases with increase in surrounding air velocity and with decrease in fuel injection velocity. With increasing curvature rate, the position of reaction rate moves away the wall.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.30
no.8
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pp.853-862
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2006
The present study is numerically investigated the flame structure of non-premixed counterflow jet flames using the laminar flamelet model Detailed flame structures with the fuel composition of 40% CO, 30% $H_2$. 30% $N_2$ and an oxidizer composition of 79% $N_2$ and 21% $O_2$ in a non-premixed counterflow flame are studied numerically. This study is aimed to investigate the effects of axial velocity gradient and combustion atmosphere pressure on flame structure. The results show that the role of axial velocity gradient on combustion processes is globally opposite to that of combustion atmosphere pressure. That is, chemical nonequilibrium effects become dominant with increasing axial velocity gradient, but are suppressed with increasing ambient pressure. Also, the flame strength is globally weakened by the increase of axial velocity gradient but is augmented by the increase of ambient pressure. However, flame extinction is described better on the basis of only chemical reaction and in this study axial velocity gradient and ambient pressure play a similar role conceptually such that the increase of axial velocity gradient and ambient pressure cause flame not to be extinguished and extend the extinction limit, respectively. Consequently it is suggested that a combustion process like flame extinction is mainly influenced by the competition between the radical formation reaction and the third-body recombination reaction.
When the fuel jet velocity is smaller than coflow velocity, the trend of decreasing liftoff height of highly diluted propane lifted flame with coflow velocity is observed experimentally. To investigate the mechanism of decreasing liftoff height with coflow velocity, lifted flames in propane jet has been studied numerically. Using one-step overall reaction mechanism the liftoff heights have been calculated for four cases of coflow velocity. The simulation agrees qualitatively with experimental observation that the liftoff height decreases with coflow velocity. As coflow velocity increases, the streamlines between nozzle and lifted flame diverge in radial direction due to the difference of momentum between coflow jet and fuel jet such that the local flow velocity ahead of lifted flame base decreases resulting in decrease of the liftoff height with coflow velocity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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