Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.612-616
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2017
An experimental study investigates the flame response characteristics of non-premixed flame and premixed flame. Air was used as the oxidant. Hydrogen($H_2$)/methane($CH_4$) was used as the fuel, and the mixing ratio of the fuel was 50/50%. Flame response characteristics for various velocity perturbations were experimented. The flame images was acquired using the OH fluorescence measurement and the images were digitized using MatLab code. The results of the premixed flame show that flame perturbation increases as the oscillation amplitude increases. As the amplitude increases, the gain value of the flame transfer function is observed to be a linear behavior. The flame length of a nonpremixed flame decreases as the oscillation amplitude increases. Also, it was confirmed that the gain value according to the amplitude behaves nonlinearly.
Park, Dae-Geun;Yun, Jin-Han;Park, Jeong;Keel, Sang-In
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.13
no.2
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pp.64-76
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2009
Experimental and numerical studies are conducted on the characteristics of flame extinction and edge flame oscillation in counterflow diffusion flames. The characteristics of flame extinction and edge flame oscillation are well described varying burner diameter, separation distance between two burners, global strain rate, and velocity ratio. It is verified numerically and experimentally that radial conduction heat loss significantly contributes to flame extinction and edge flame oscillation at low strain rate flames in zero- and micro-gravity. It is also shown that for appropriately small burner diameters flame extinction modes are grouped into four and these are significantly attributed to excessive radial conduction heat loss. The edge flame oscillation can be characterized well by one curve with Strouhal number and Peclet number.
Hydrogen is considered to be the most important future energy carrier in many applications reducing significantly greenhouse gas emissions, but the explosion safety issues associated with hydrogen applications need to be investigated and fully understood to be applicable as the carrier. The risk associated with a explosion depends on an understanding of the impacts of the explosion, particularly the pressure-time history during the explosion. This work provides the effects of explosion parameters, such as specific heat ratio of burned and unburned gas, equilibrium maximum explosion pressure, and burning velocity, on the pressure-time history with flame growth model. The pressure-time history is dominantly depending on the burning velocity and equilibrium maximum explosion pressure of hydrogen-air mixture. The pressure rise rate increase with the burning velocity and equilibrium maximum explosion pressure. The specific heat ratio of unburned gas has more effect on the final explosion pressure increase rate than initial explosion pressure increase rate. However, the specific heat ratio of burned gas has more influence on initial explosion pressure increase rate. The flame speeds are obtained by fitting the experimental data sets. The flame speeds for hydrogen in air based on our experimental data is very low, making a transition from deflagration to detonation in a confined space unlikely under these conditions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.4
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pp.473-485
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1997
Detailed experimental study has been made of air blast kerosene spray flames with and without swirl in combustion air flow. Phase-Doppler detect technique is used to measure Sauter mean diameter, axial component mean and rms velocity, size-velocity correlation, and number density. These measurements are obtained for both nonreacting and reacting cases under several stable flame conditions. The results show that the introduction of swirl to the combustion air modifies the spatial distribution of droplet size, velocity, and number density, and thus alters the flame structure. However, due to the weak swirl intensity, the overall structure of swirling flames are essentially same as that of nonswirling flames. Physical model of structure of air blast atomized spray flames is projected to show that spray flames are composed of three distinct regions: the two-phase mixture region, the main reaction and the intermittent combustion region. Near the atomizer, two phase mixture of droplet and air is formed in the core region. This dense spray region is characterized by high droplet number density and the strong convective effect. There follows the main combustion region where the main flame penetrates within the spray boundary. Main reaction region of these flames are governed by internal group combustion mode. Finally there exists the intermittent combustion region where local group burning or isolated droplet burning occurs.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.8
no.3
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pp.493-499
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2022
This paper reports the results of the eruption of a volcano on Jeju Island at a certain rate, and the tumulus formed after the eruption and the basalt that erupted from the middle of Mt. Halla washed up to the sea. We analyzed the speed when basalt underground magma breaks through the neutral zone on the ground with an absolute temperature of about 1000K and explodes at an absolute temperature of 1200K at an altitude of 1950m. The density of combustion gas becomes smaller than the surrounding air due to the plume volcanic eruption, which is the heat flow of the flame column due to buoyancy, and buoyancy is generated and an updraft is formed. Flame pillars are classified as continuous, intermittent, and buoyant flame zones. As the speed of the flame pillar of Mt. Halla (1950m) falls from the highest point it has risen, potential energy is converted into kinetic energy and is caused by the flow of fluid, solving these two equations equal, the volcanic eruption velocity is 87.5 m/s. At this time, the density of magma is inversely proportional to the temperature. Geomunoreum (456m) had an explosion speed of 42.6m/s.
Chung, Yong Ho;Park, Jin Wook;Park, Jeong;Kwon, Oh Boong;Yun, Jin-Han;Keel, Sang-In
Journal of the Korean Society of Combustion
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v.19
no.2
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pp.8-14
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2014
Experiments were conducted to clarify role of the outermost edge flame on low-strain-rate flame extinction in buoyancy-suppressed non-premixed methane flames diluted with He and $N_2$. The use of He curtain flow produced a microgravity level of $10^{-2}-10^{-3}g$ in $N_2$- and He-diluted non-premixed counterflow flame experiments. The critical He and $N_2$ mole fractions at extinction with a global strain rate were examined at various burner diameters (10, 20, and 25 mm). The results showed that the extinction curves differed appreciably with burner diameter. Before the turning point along the extinction curve, low-strain-rate flames were extinguished via shrinkage of the outermost edge flame with and without self-excitation. High-strain-rate flames were extinguished via a flame hole while the outermost edge flame was stationary. These characteristics could be identified by the behavior of the outermost edge flame. The results also showed that the outermost edge flame was not influenced by radiative heat loss but by convective heat addition and conductive heat losses to the ambient He curtain flow. The numerical results were discussed in detail. The self-excitation before the extinction of a low-strain-rate flame was well described by a dependency of the Strouhal number on global strain rate and normalized nozzle exit velocity.
With the rapid exuberant growth of the forest, the number and size of forest fires and the costs of wildland fires have increased. The flame spread rate of forest fires is depending on the environmental variables like the wind velocity, moisture of grassland, etc. If we know the effects of the environmental variables on the fire growth, it is useful for wildland fiIre suppression. But analysis of the spread rate of wildland fire for these effects have not been established. In this study, the effects of wind velocity and height of grassland fuel have been investigated using the WFDS which is developed at NIST for prediction of the spread of wildland fires. The results showed that the relation between the height of the fuel and the spread rate of the head fires is, and the spread rates related to the wind velocity are predicted 17% less than the experimental results of Australia. When the wind velocity is over 7.5m/s, the concentration of pyrolyzed gas phase fuel is getting low due to fast movement of pyrolyzed gas, the flame spread rate becomes slow.
The extinction of unsteady diffusion flame was experimentally studied in an opposing jet counterflow burner using diluted methane. The stabilized flame was perturbed by linearly varying velocity change that was generated by pistons installed on both sides of the air and fuel stream. As the results, the extinction of unsteady flame is dependent not only on the history of unsteadiness, but also on the initial condition. We found that there are several unsteady effects on the flame extinction. First, the extinction strain rates of unsteady cases are extended well beyond steady state extinction limits. Second, as the slope of the strain rate change increases, the unsteady extinction strain rate becomes larger. Third, the extension of unsteady extinction strain rate becomes smaller as the initial strain rate increases. We also found that the extension of the extinction limit mainly results from the unsteady response of the reaction zone because there is no retardation effect of a mixing layer for our experimental condition.
This paper describes experimental results on combustion characteristics with hydrogen contents of synthetic natural gas (SNG) in low swirl combustor. To investigate the effect of hydrogen contents for premixed SNG flame, stability map, CH chemiluminescence images, flame spectrum analysis and emission performances were measured. In the results, as the hydrogen content was increased, the lean flammable limit was expanded and the flame length was decreased. The hydrogen contents affected the flame liftoff height, and it has different tendency according to the equivalence ratio and flame shape. The change of height and length of flame according to hydrogen contents is caused by the fast burning velocity of hydrogen, which can be confirmed by GRI 3.0 reaction mechanism in PREMIX code. The intensity of $OH^*$, $CH^*$ and $C_2^*$ was confirmed by spectrum analysis of flame. As a result, the $CH^*$ intensity was not significantly different according to hydrogen content. The increase of hydrogen contents influenced positively CO and NOx emission performances.
A turbulent non-premixed ethylene flame, which was set up in a vertical wind tunnel, was examined to understand the effect of turbulent mixing on formations of soot and gaseous species in the flames. Temperature and velocity profiles were measured using uncoated thermocouples and LDV system. Gaseous samples were withdrawn by using a water cooled stainless iso-kinetic gas sampling probe. The samples for inorganic compounds and light hydrocarbons were collected with sampling bottles and were analyzed by a gas chromatography. The samples for aromatic hydrocarbons were collected on a sorbent tube and were analyzed on a GC/MS system. Some of main results were followed. CO and $CO_2$ were measured relatively in early part of flame and the concentration of CO was greater than that of $CO_2$ all over the early flame region due to the scavenging of the oxidizing species OH by soot particles. Aromatic hydrocarbons were measured at x/D=122 along the radial direction and main important species were benzene, xylene, toluene, styrene, indene, naphthalene. The peak points of these compounds occurred at r/D=0.8 apart from the center of flame, around in which the concentration of $C_2H_2$ decayed relatively rapidly from the maximum value.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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