A general purpose program for the analysis of flows in a gas turbine combustor is developed. The program uses non-staggered grids based on finite volume method and the cartesian velocities as primitive variables. A flow inside the C-type diffuser is simulated to check the boundary fitted coordinate. The velocity profiles at cross section agree well with experimental results. A turbulent diffusion flame behind a bluff body is simulated for the combustion simulation. Simulated results show good agreement with experimental data. Finally, a turbulent flow with swirl in a gas turbine combustor was simulated. The results show two recirculating region and simulated velocity fields agree well with experimental data. The distance between two recirculating regions becomes shorter as swirl angle increases. Swirl angle changes angular momentum and streamlines in flow fields.
Kim, Jong-Gyu;Kang, Min-Wook;Yoon, Young-Bin;Dong, Sang-Keun
Journal of the Korean Society of Combustion
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v.6
no.1
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pp.20-28
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2001
Self flue gas recirculation flow is an effective method for low NOx emission in a regenerative low NOx burner. The object of this study is to analyze self flue gas recirculating flow by varying the jet velocity of the combustion air. Fuel and air flow rates are fixed and combustion air jet nozzle diameters are 13, 6.5 and 5mm. The stoichiometric line is obtained from the concentration of fuel using the acetone PLIF technique. It is found that self flue gas recirculating flow is entrained into that line using the two color PIV technique. As the jet velocity of combustion air is increased, the flue gas entrainment rate into the stoichiometric line is increased. This result suggests that NOx emission can be reduced due to the effects of flue gas lowering the flame temperature.
This study discribes characteristics of water spray for extinguishment of gasoline fire. Experiments are carried out for the gasoline pool fire nth the atomizing nozzles. Droplet size, spray pressure, amount of water which reaches the flame base and velocity of water spray are measured to find extinguishment conditions. Air entrainment due to the water spray and extinguishing process of gasoline fire by water spray are visualized. Boundary conditions of water spray for extinguishment of gasoline pool fire is quantitatively shown. As the result of experiments, it is found that the velocity of entrainment air and sprayed water are almost same and the water droplets size having small diameter under 40$\mu\textrm{m}$ can not extinguish the fire because too small droplets does not reach the fuel surface.
Hot-firing tests were performed to experimentally confirm the effect of the eigenmode in the fuel-air mixing section on combustion instability by changing mixing section length, inlet mean velocity, equivalence ratio, and swirler geometry. A premixed gas composed of air and ethylene was supplied to the combustion chamber through an mixing section and an axial swirler. As the mixing section length increased, the inlet velocity perturbation decreased, but the combustion instability increased more. It was found that the resonance frequency of the first longitudinal mode in the mixing section shifted to the third longitudinal mode as the length of the mixing section increased. The results implied that the transition of the resonace frquency by changing the length of the mixing section might cause combustion instability.
Kim, Jun-Hee;Ku, Kun-Woo;Hong, Jung-Goo;Lee, Choong-Won;Kim, In-Su;Cheong, In-Mo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.3
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pp.285-291
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2012
A lot of research on the stability of nonpremixed flames has focused on the fuel-nozzle and quarl geometries. Of the work carried out, only a small amount has focused on the stability of the nonpremixed flame according to the recession distance and air-nozzle geometry. Therefore, in this study, a coaxial-diffusion-type gas burner with a swirler is designed for the systematic investigation of the combustion characteristics of a $CH_4$ flame depending on the recession distance and secondary air-nozzle geometry. 1st air is flowed through the swirler, and 2nd air is flowed through each nozzle. It is shown that the secondary air velocity greatly influences the flame length and shape. There is an optimum recession distance for each nozzle for the best combustion efficiency. In this study, it is shown that the optimized recession distance is nearly half the outer diameter of the air-supply nozzle.
Kim, Jeong-Hun;Kim, Eung-Sik;Kim, Dong-Hyun;Kim, Jang-Whan
Fire Science and Engineering
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v.28
no.6
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pp.22-27
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2014
In this study a Fuel bed where surface fire spreads through is made to measure the data such as the flame height, radiation, spread rate and temperature distribution of Fuel bed. As experimental variables species of trees, wind velocities and slop are chosen. Fallen leaves of Quercus Variabilis (Q.V.) and Pinus Densiflora (P.D.) are used as fuel. Wind velocity is controlled by simply designed wind turnnel from 1 to 5 m/s. Slope of fuel bed is changed from $0^{\circ}$ to $30^{\circ}$. For the measurements of temperature distribution and spread rate total 35 of K-type 1.6 mm thermocouples are positioned as a lattice design. Radiant heat flow meters are used besides video camera and thermovision camera.
Hydrogen which can be produced through reforming process of hydrocarbon fuel is supplied into anode side of fuel cell system. In the fuel cell, only 70% of hydrogen is consumed through electrochemical reaction and 30% hydrogen passed by as anode off gas. When electrical output of fuel cell is within range of 1.0 to 3.0kW, burner for the reformer uses only anode off gas. And it uses mixture gas of anode off gas and LNG within range of 3.5 to 5.0kW in electrical output. CHEMKIN 4.1 program's Premixed code was used for calculating the properties of each gas. Results show that burning velocity and adiabatic flame temperature are 34.4cm/s, 1681.7K at equivalence ratio 0.8 within range of 1.0kW to 3.0kW and for cases of 3.5kW, 5.0kW, of electrical output, burning velocity and adiabatic flame temperature represent 30.5, 29.8cm/s and 1722.8, 1750K respectively. CO shows the lowest emission index at equivalence ratio 0.8 and NOx reveals the highest emission index at equivalence ratio 1.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.12
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pp.1750-1757
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2003
This paper describes the flow measurements inside the blade passage of an axial flow fan by using a rotating hot-wire probe sensor from a relative flame of reference fixed to the rotor blades. The validity of fan rotor designed by a streamline curvature equation was performed by the measurement of the three-dimensional flow upstream and downstream of the fan rotor using a 5-hole pitot tube. The vortical flow structure near the rotor tip can be clearly observed by the measurements of a relative velocity and its fluctuation on quasi-orthogonal planes to a tip leakage vortex. Larger vortical flow, which results in higher blockage in the main flow, is formed according to decrease a flow rate. The vortical flow spreads out to the 30 percent span from the rotor tip at near stall condition. In the design operating condition, the tip leakage vortex is moved downstream while the center of the vortex keeps constant in the spanwise direction. Detailed characteristics of a velocity fluctuation with relation to the vortex were also analyzed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.5
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pp.1253-1263
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1994
The experimental study is carried out to identify the combustion generated noise mechanism in free turbulent jet diffusion flames. Axial mean fluctuating velocities in cold and reacting flow fields were measured using hot-wire anemometer and LDv.The overall sound pressure level and their spectral distribution in far field with and without combustion were also measured in an anechoic chamber. The axial mean velocity is 10-25% faster and turbulent intensities are about 10 to 15% smaller near active reacting zone than those in nonreacting flow fields. And sound pressure level is about 10-20% higher in reacting flow fields. It is also shown that the spectra of the combustion noise has lower frequency characteristics over a broadband spectrum. These results indicate that the combustion noise characteristics in jet diffusion flames are dominated by energy containing large scale eddies and the combusting flow field itself. Scaling laws correlating the gas velocity and heat of combustion show that the acoustic power of the combustion noise is linearly proportional to the 3.8th power of the mean axial velocity rather than 8th power in nonreacting flow fields, and the SPL increases linearly with logarithmic 1/2th power of the heat of combustion.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.28
no.7
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pp.275-282
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2016
MILD (Moderate and Intense Low-oxygen Dilution) combustion using oxygen as an oxidizer is considered as one of the most promising combustion technologies for high energy efficiency and for reducing nitrogen oxide and carbon dioxide emissions. In order to investigate the effects of nozzle angle and oxygen velocity conditions on the formation of oxygen-MILD combustion, numerical and experimental approaches were performed in this study. The numerical results showed that the recirculation ratio ($K_V$), which is an important parameter for performing MILD combustion, was increased in the main reaction zone when the nozzle angle was changed from 0 degrees to 15 degrees. Also, it was observed that a low and uniform temperature distribution was achieved at an oxygen velocity of 400 m/s. The perfectly invisible oxy-MILD flame was observed experimentally under the condition of a nozzle angle of $10^{\circ}$ and an oxygen velocity of 400 m/s. Moreover, the NOx emission limit was satisfied with NOx regulation of less than 80 ppm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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