Characteristics of self-excited combustion oscillation are experimentally studied using confined premixed flames stabilized by a rearward-facing step. A new idea to suppress combustion oscillation was applied to the flames. The characteristics of unsteady combustion were examined, which is driven by forced pulsating mixture supply that can modulate its amplitude and frequency. The self-excited combustion oscillation having weaker flow velocity fluctuation intensity than that of the forced pulsating supply can be suppressed by the method. The effects of the forced pulsation amplitude and frequency on controlling self-excited combustion oscillations were also investigated comparing with the steady mixture supply. The unsteady combustion used in this experiment plays an important role in controlling self-excited combustion oscillations, and it also exhibits desirable performances, from a practical point of view, such as high combustion load and reduced pollutant emissions of nitric oxide.
The conventional regenerative system has a high thermal efficiency as well as energy saving using the high preheated combustion air. in spite of these advantages, it can not avoid high nitric oxide emissions. Recently, flameless combustion has received much attention to solve these problems. In this research, numerical analysis is performed for flow-combustion phenomena in the self regenerative burner. In this analysis we used Fluent 6.0 code. the that is developed for commercial use, Methane gas is used as a fuel and two-step reaction model for methane and Zeldovich mechanism for NO generation are used. the velocity of the preheated combustion air is used as a parameter and we analyze the characteristics of flow-field, temperature distributions and NO emissions. Due to the increased recirculation rate, the maximum temperature of flame is significantly increased and NOx emissions is reduced.
The measurement of velocity and stain rate field has been conducted in opposed impinging jet combustion. When a smaller diameter (5mm) orifice of pre-chamber was used, previous studies had reported that the combustion phase showed a shift from weak turbulent combustion to moderate turbulent combustion in the modified Borghi Diagram. In the case with smaller orifice diameter (5mm), NOx emission was substantially reduced by a factor 1/2 while the combustion pressure remains at the same as that in the conventional combustion. Hence, in this study, the experiment setup using PIV technique was designed to identify the relation of the strain rate distribution and NOx reduction associated with moderate turbulent combustion.
본 연구에서는 층류 연소속도 측정을 노즐 버너로 형성된 분젠화염에서 각도법과 면적법을 이용하여 다양한 조성비를 갖는 합성가스의 층류 연소속도를 실험적으로 측정하였다. 수행된 연구의 합성가스 조성비는 $H_2:CO$ 비가 10:90%, 25:75%, 50:50%, 75:25%이며, 당량비는 이전 연구와의 비교를 위해 0.5에서 1.4까지 수행하였다. 측정된 층류 연소속도는 수행된 다양한 조성비와 당량비 범위에서 수치계산 결과와 타 연구자들의 실험 결과 값들과 잘 일치하였다. 본 연구에서도 층류 연소속도는 $H_2$ 함유량 증가와 함께 증가됨을 알 수 있었으며, 연소속도의 중요한 증가 현상은 당량비의 증가로 확인되었다.
An Experimental study was conducted on spray combustion using dual swirlers at different outlet angle; co-swirl and counter-swirl. To understand the characteristics of turbulent spray combustion of dual swirl flow (DSF), the axial helical annular vaned swirlers with various swirl ratios and combination of angle and direction were designed. and temperature measurements of a rapidly thermocouple insertion and measurements of soot volume fraction and microrstructure using thermophoretic sampling particle diagnostic (TSPD) as TEM were carried out. The NOx, $CO_2$, $O_2$, etc. was analyzed using emission gas analyzer. The results show that flame stability were maintained under very lean condition. for both co-swirl and counter-swirl case. And though Counter-swirl case kept the higher temperature region compared to co-swirl case, Counter-swirl combustion represented less NOx emission and soot formation than co-swirl case.
This paper aimed for numerical simulation of complicated gas turbine combustor with swirler. For the convenience of numerical analysis, fuel nozzle and air linear hole areas of secondary and dilution zone, which are issued to jet stream, were simplified to equivalent areas of annular type. In other to solve these problems, imaginary source terms which are corresponded to supplied fuel amount were added to those of governing equation. Chemical equilibrium model of infinite reaction rate and $k-{\epsilon}-g$ model with the consideration of density fluctuation were applied. As the result, swirl intensity contributed to mixing of supplied fuel and air, and to speed up the flame velocity than no swirl condition. Temperature profiles were higher than experimental results at the upstream and lower at the downstream, but total energy balance was accomplished. As these properties showed the similar trend qualitatively, simplified simulation method was worth to apply to complicated combustor for predicting combustion characteristics.
In order to investigate the soot formation and oxidation processes, we employed the two variable approach and its source terms representing soot nucleation, coagulation, surface growth and oxidation. For the simulation of the taxi-symmetric turbulent reacting flows, the pressure-velocity coupling is handled by the pressure based finite volume method. We also employed laminar flamelet model to calculate the thermo-chemical properties and the proper soot source terms from the information of detailed chemical kinetic model. The numerical and physical models used in this study successfully predict the essential features of the combustion processes and soot formation characteristics in the reacting flow field.
The fire whirl occurring by the instability of atmosphere is a rare phenomenon, but highly destructive because it has high inhalation and lift force, caused by the rotating velocity. And it is difficult to extinguish the fire, because of increment of the spread rate with the flame height. In this study, for investigation of the flow characteristic of fire whirl for various heat release rate, numerical analysis is performed in same conditions with experiments, using the FDS which is developed at NIST. For validating of the numerical study, the results are compared with the experiment. The result shows that the relation between the characteristic length and the ratio of circulation versus the buoyancy force is $z_f$/D$^{\ast}$ = 0.304(${\Omega}/{\alpha}$)^2 - 1.334${\Omega}/{\alpha}$ + 5.516.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제36권3호
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pp.368-377
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2012
Most tunnel simulations have been focused on the thermal field and the critical velocity for suppression of hot back-layering flow in case of fire and on the characteristics of a tunnel fire in terms of the flame propagation and the toxic gas generation. In this paper, a comparative study of the flow characteristics of polluted air with no heat source in a tunnel model opened and closed at both end sides is implemented into a recognized CFD simulation code. The model is used to investigate the flow characteristics depending on the three different Reynolds numbers of 640, 1270 and 2120, which have been chosen by the flow velocities of 0.3, 0.6 and 1.0 m/s through the inlet. The results of this study have shown that the CFD predictive and experimental approaches are available in qualitatively studying the correlation of flow behaviors for a better tunnel design.
Coal-burning utilities are facing a major NOx control compliance challenge due to the heavy emission regulation. In response to this challenge, some applicative technologies to effectively reduce NOx are developed and applied in the pulverized coal power plants. One of these is low NOx burner(LNB) equipped with multi-staged air register. In this study, NOx emission rate and flame shapes are investigated with secondary and tertiary air flow conditions in air staged coal burner, and the optimal windows of flow conditions to minimize NOx emission rate are found out. The test conditions treated in this study are the flow rate, swirl direction and intensity and throat injection velocity of secondary and tertiary air.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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