Сибирский федеральный университет

Перевод названия: JET-FLAME COMBUSTION. DIAGNOSTICS OF HYDRODYNAMIC INSTABILITY MODES AND FLOW CONTROL

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2016

Ключевые слова: газовый факел, jet-flame, Coherent structures, Large-scale vortices, flow control, efficient fuel combustion, когерентные структуры, крупномасштабные вихревые структуры, управление потоком, эффективное сжигание топлива

Аннотация: Представлены результаты экспериментальных исследований структуры потока газовых струйных пламен с использованием метода панорамной анемометрии по изображениям частиц. Акцент сделан на исследовании наиболее энергоемких гидродинамических мод, на определении их роли в механизме стабилизации пламени и анализе эффективности управления процессом горения при воздействии на данные моды. Для выделения когерентной составляющей в пульсациях скорости были использованы процедуры декомпозиции, основанные на методах понижения размерности стохастических динамических систем. Для струйных пламен, стабилизированных закруткой, установлено, что в при-осевой зоне торможения потока, формирующейся при истечении закрученной струи в атмосферный воздух или камеру сгорания, вихревое ядро принимает форму спирали. В случае интенсивной закрутки осевая скорость в зоне торможения принимает отрицательные значения, что соответствует приосевой области возвратных токов. Для таких сильнозакрученных потоков существенный вклад в турбулентные пульсации скорости вносит автоколебательная мода, соответствующая когерентной структуре из прецессирующего спиралевидного вихревого ядра и вторичного спирального вихря. Подобная пространственная структура когерентной составляющей пульсаций скорости сохраняется после поджига пламени. При этом внешний спиральный вихрь определяет интенсивность смешения на начальном участке струи с окружающим воздухом и играет ключевую роль в процессе стабилизации пламени богатых смесей. Продемонстрировано, что воздействие на собственные гидродинамические моды потока при модуляции расхода струи позволяет интенсифицировать процесс смешения и повысить эффективность горения факела на начальном участке, а также значительно снизить сажеобразование. The paper reports on the results of experimental study of jet flames by particle image velocimetry technique. The focus is placed on the analysis of the most intensive hydrodynamics instability modes, identification of their role in flame stabilization mechanism, and on possibility to optimize the combustion by affecting the hydrodynamics modes. Velocity field decomposition techniques were used to extract coherent velocity fluctuations. For swirling jet flames, it was found that the vortex core took shape of a spiral due to the axial flow deceleration caused by expansion of the jet flow. For high enough swirl rates, the axial velocity decreased down to negative values, corresponded to a central recirculation zone. For these high-swirl jets, a global instability mode dominated dynamics of the flow downstream the burner. The mode correspondedto a coherent structure, consisted of a pair spiral vortices, viz. a precessing vortex core and secondary helical vortex. The coherent structure was also present after ignition of the flame. The secondary helical vortex provided mixing of the fuel-rich jet with the ambient air and allowed stabilization of the flame base near the burner. It is shown that mixing and combustion can be intensified by affecting instability modes of the flow via imposing proper oscillations to the jet flow rate.

Журнал: Горение и взрыв

Выпуск журнала: Т. 9, № 2

Номера страниц: 31-41

ISSN журнала: 23059117

Место издания: Москва

Издатель: Общество с ограниченной ответственностью ТОРУС ПРЕСС

• Маркович Д.М. (Новосибирский государственный университет)
• Дулин В.М. (Новосибирский государственный университет)

• РИНЦ (eLIBRARY.RU)
• Список ВАК