This study has numerically modelled the combustion processes of the turbulent swirling premixed lifted flames in the low-swirl burner (LSB). In these turbulent swirling premixed flames, the four tangentially- injected air jets induce the turbulent swirling flow which plays the crucial role to stabilize the turbulent lifted flame. In the present approach, the turbulence-chemistry interaction is represented by the level-set based flame let model. Two-dimensional and three-dimensional computations are made for the various swirl numbers and nozzle length. In terms of the centerline velocity profiles and flame liftoff heights, numerical results are compared with experimental data The three-dimensional approach yields the much better conformity with agreements with measurements without any analytic assumptions on the inlet swirl profiles, compared to the two-dimensional approach. Numerical clearly results indicate that the present level-set based flamelet approach has realistically simulated the structure and stabilization mechanism of the turbulent swirling stoichiometric and lean-premixed lifted flames in the low-swirl burner.
This study is intended to understand flame behavior of the pool fire. Liquid fuels were acetone, methanol, hexane and heptane which are used in many industries. Diameter of vessel was varied from 50 mm to 400 mm and the vessel was made by stainless steel and copper. Combustion time, temperature of vessel wall and heat flux of flame were measured, and flame behavior was visualized with video camera. Based on the experiment, it was found that the burning velocity and flame height was increased according to increase of vessel diameter, and vortex shedding frequency was inverse proportion to vessel diameter. And the characteristics of pool fire were affected by physical and chemical properties of liquid fuel and the vessel materials.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.21
no.4
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pp.44-51
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2017
An experimental results on the dynamic characteristics of hydrocarbon/air premixed flames with ultrasonic standing waves are presented and compared. Images of the propagating flames were acquired by using a high-speed camera, and the flame behavior of methane/air and propane/air premixed flame were closely scrutinized through the image post-processing. At the fuel-lean conditions, the flame propagation velocity increased due to the intervention of the ultrasonic standing wave and vice versa at the fuel-rich conditions.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.55-61
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2004
Numerical simulations were conducted in a rectangular scramjet combustor with a cavity and/or a step in order to investigate their performances for flame-holding. Flow structures and OH radical profiles in the cavity and the step were calculated. The calculated results showed that the cavity generated a larger recirculation zone than the step that had the same depth. Additionally, the combustor with a cavity could make a large low-velocity area than the combustor with a step. The cavity performance was determined by its depth and length. The cavities with too large or too short length did not work effectively, and a certain aspect ratio showed high performance for flame-holding. There was a minimal depth under which the cavity did not work as flame-holder. The fuel injections upstream the cavity and inside the cavity were also tested to investigate the effects on the cavity performance. The result showed that the fuel injection inside the cavity reduced reaction areas and residence time. Therefore, the upstream injection was preferable to the inside injection.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.3
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pp.517-527
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1989
A theoretical analysis for the characteristics of pyrolysis and combustion of solid fuel was carried out in the present study. The hollow cylindrical combustion model including gas phase and solid fuel at inside and outside respectively was developed for the numerical analysis and parametric studies. The effects of volatile contents in the porous solid fuel and Reynolds number at inlet of gas phase on the characteristics of pyrolysis and combustion such as the radial, axial and time variations of volatile mass flux through porous solid fuel, temperature, mass fractions of gaseous fuel and oxidizer, and flame shape were investigated in the parametric studies. The results of the present study show that the flame produced by the volatiles moves to the downstream of fuel with accelerating velocity with time until extinction is occurred resulting from the completion of pyrolysis. When flame is employed with smaller amount of volatiles content in the solid fuel, the flame sheet exists closer to the inner wall of solid fuel. As Reynolds number at inlet increases, the flame sheet moves to the inner wall due to effect of convection even though the volatiles by pyrolysis increases.
An experimental study of the effect of operating conditions on the behavior of a lean premixed laboratory combustor operating on natural gas has been conducted. Measurements were made characterizing the pressure fluctuations in the combustor and the flame structure over a range of inlet temperatures, inlet velocities and equivalence ratios. In addition the fuel distribution at the inlet to the combustor was varied such that it was an independent parameter in the experiment. Inlet temperature, inlet velocity and equivalence ratio were all found to have an effect on the stability characteristics of the combustor. The nature of this effect, however, depended on the fuel distribution. For example, with one fuel distribution the combustor would become unstable when the temperature was increased, whereas with a different fuel distribution the combustor would become unstable when the temperature was decreased. Similarly, the operating conditions had an effect on the flame structure. For example the intensity-weighted center of mass of the flame was found to move closer to the center body as either the temperature or equivalence ratio increased. It was interesting and somewhat surprising to note, however, that as the location of the center of mass changed with operating conditions it did so by moving along a line of constant flame angle.
The mechanism for laminar dust flame propagation can only be elucidated from a comprehensive mathematical model which incorporates conduction and radiation, as well as the chemical kinetics of particle devolatilization and gas phase and char reaction. The mathematical model for a flat, laminar, premixed coal-air flame is applied to the atmospheric coal-air mixtures studied by Smoot and co-workers, and comparisons are made with their measurements and predictions. Here the principal parameter for comparison is the laminar burning velocity. The studies of Smoot and co-workers are first reviewed and compared with those predicted by the present model. The effects of inlet temperature and devolatilization rate constants on the burning velocities are studied with the present model, and compared with their measurements and predictions. Their measured burning velocities are approximately predicted with the present model at relatively high coal concentrations, with a somewhat increased inlet temperature. From the comparisons, their model might over-estimate particle temperature and rates of devolatilization. This would enable coal-air mixtures to be burned without any form of preheat and would tend to increase their computed values of burning velocity.
Better fundamental understanding of the interactions between the in-cylinder flows and combustion process is an important requirement for further improvement in the fuel economy and emissions of internal combustion(IC) engines. Flow near a spark plug at the time of ignition plays an important role for early flame kernel development(EFKD). Velocity data measurements in this study were made with a two-component laser Doppler velocimetry(LDV) near a spark plug in a single cylinder optical spark ignition(SI) engine with a heart-shaped combustion chamber. LDV velocity data were collected on an individual cycle basis under wide-open motored conditions with an engine speed of 1,000rpm. This study examines and compares the flow fields as interpreted through ensemble, cyclic and discrete wavelet transformation(DWT) analysis. The energy distributions in the non-stationary engine flows are also investigated over crank angle phase and frequency through continuous wavelet transformation(CWT) for a position near a spark plug. Wavelet analysis is appropriate for analyzing the flow fields in engines because it gives information about the transient events in a time and frequency plane. The results of CWT analysis are provided and compared with the mean flows of DWT first decomposition level for all cycles at a position. Low frequency high energy found with CWT corresponds well with the peak locations of the mean velocity. The high frequency flows caused by the intake jet gradually decay as the piston approaches the bottom dead center(BDC).
An experimental study has been done to investigate the explosion characteristics of aluminum powders with different sizes and concentrations in a 20 L spherical explosion vessel. Two different sizes of aluminum powder were used : $15.1{\mu}m$ and $34.8{\mu}m$ with a volume mean diameter. The results revealed that $15.1{\mu}m$ Al powder has a Lower explosion limit (LEL) of $40g/m^3$, a maximun explosion pressure ($P_{max}$) of 9.8 bar and a maximum rate of pressure rise ($[dP/dt]_{max}$) of 1852 bar/s, in $34.8{\mu}m$ Al powder, LEL of $70g/m^3$, $P_{max}$ of 7.9 bar and $[dP/dt]_{max}$ of 322 bar/s. The LEL of Al powders tended to increase with the increase of particle size. Also, it was found that the flame velocity calculated from the powder with $15.1{\mu}m$ was about 5 times higher than that of the powder of $34.8{\mu}m$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.1
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pp.75-81
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2012
Autoignited lifted flames in laminar jets with hydrogen-enriched methane fuels have been investigated experimentally in heated coflow air. The results showed that the autoignited lifted flame of the methane/hydrogen mixture, which had an initial temperature over 920 K, the threshold temperature for autoignition in methane jets, exhibited features typical of either a tribrachial edge or mild combustion depending on fuel mole fraction and the liftoff height increased with jet velocity. The liftoff height in the hydrogen-assisted autoignition regime was dependent on the square of the adiabatic ignition delay time for the addition of small amounts of hydrogen, as was the case for pure methane jets. When the initial temperature was below 920 K, where the methane fuel did not show autoignition behavior, the flame was autoignited by the addition of hydrogen, which is an ignition improver. The liftoff height demonstrated a unique feature in that it decreased nonlinearly as the jet velocity increased. The differential diffusion of hydrogen is expected to play a crucial role in the decrease in the liftoff height with increasing jet velocity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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