使用高速激光诊断技术对旋流喷雾火焰中心涡核的实验研究。

2023/04/10   下载量： 0 次

方案摘要

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应用领域 能源/新能源
检测样本 氢燃料电池
检测项目
参考标准 无

中心级旋流燃烧可以有效地降低NOx排放。但是，这种复杂的燃烧场容易产生大规模的相干结构，例如旋转涡核和中心涡核（CVC）。本研究主要利用10 kHz高速CH化学发光（CL）、20 kHz颗粒图像测速仪（PIV）和CH2O平面激光诱导荧光（PLIF），在高温高压下研究中心级旋流喷雾燃烧器中CVC对流场和火焰的影响。对于试验火焰，CH CL和CH2O PLIF火焰都是三叉形状的，并且火焰动力学的中心部分表明了CVC结构。对于分层火焰，在燃烧器中心线附近的一个强旋涡带区域内存在CVC结构。适当正交分解（POD）模式的分析表明，CVC的运动主要是摆动，其次是进动。同时诊断表明，CVC的吸入导致CH2O从剪切层输送到燃烧器的中心区域。总体而言，CH2O信号主要分布在两个正的速度区域，即主燃气和中心涡核周围。利用CVC对自由基输运的作用是改善燃烧器混合，例如温度分布的潜在方法。

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LPP（燃料预混合预蒸发低氧燃烧）由于对NOx排放的严格限制而被广泛应用。然而，它容易产生燃烧不稳定和闪回等问题，影响燃气轮机燃烧器的结构和性能。中央级旋流燃烧器（由导流器和主级构成）能够同时满足低排放和燃烧稳定的要求。导流器属于富燃料扩散燃烧，主要用于稳定火焰。然而，主级属于稀燃料部分预混合燃烧，主要用于降低NOx排放和提高燃烧效率。中央级旋流燃烧器的流场和组分场本质上是复杂的，特别是在高压条件下燃烧诊断的难度更大。导流器用于在燃气轮机燃烧器中诱导循环区域。循环区域可以将自由基和热燃烧产物回输到点火的新鲜气体中，提高混合效果，增加燃烧效率。在高旋转数下，涡旋崩溃发生在燃烧器中心线周围形成内部循环区域（IRZ），这是由于切向速度分量产生的。涡旋崩溃通常伴随着大尺度的相干结构，例如，预cess涡旋核和中央涡旋核（CVC）。后者，也称为排气管涡旋，对上下游条件都很敏感。对于高“亚临界”旋转数，出口几何形状显著影响流场。随着燃烧器封闭区域的径向收缩，IRZ的停滞点向喷嘴移动，而CVC出现在停滞点的下游位置。

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