Измерение динамики вихревых структур в поднятом пламени высокоскоростным PIV методом
Keywords:
поднятое пламя, крупномасштабные вихревые структуры, управление, Particle Image VelocimetryAbstract
Данная работа направлена на экспериментальное исследование мгновенной структуры поднятого предварительно перемешенного пропано-воздушного пламени, при помощи бесконтактного метода PIV (Particle Image Velocimetry) с частотой съемки 1,1 кГц. С помощью данного метода были измерены поля мгновенной скорости в центральной плоскости пламени, по которым были рассчитаны мгновенные поля завихренности. В работе также было исследован эффект наложения внешнего периодического возмущения на начальную скорость потока с частотой 300 Гц, так как предварительная визуализация показала, что воздействие с данной частотой наиболее эффективно увеличивает стабильность факела. Как и ожидалось, воздействие привело к интенсификации вихревых структур, их регулярному формированию до фронта пламени. Показано, что в обоих случаях, с возмущением и без, фронт пламени стабилизируется на внешней границе крупных вихрей, в области, где средняя скорость потока значительно меньше, чем на внутренней границе.
Downloads
References
Bollinger L.M., Williams D.T. Experiments on stability of Bunsen-burner flames for turbulent flow // NACA technical note No 1234. - 1947.
Lin C.-K., Jeng M.-S., Yei-Chin Chao Y.-C. The stabilization mechanism of the lifted jet diffusion flame in the hysteresis region // Exp. Fluids. - 1993. - Vol. 14. - P. 353-365.
Harris M.E., Grumer J., Von Elbe G., Lewis B. Burning velocities, quenching, and stability data on non turbulent flames of methane and propane with oxygen and nitrogen // Proc. 3rd Symposium on Combustion, Flame and Explosion Phenomena. Eds: Williams and Williams. - 1949. - P. 80-88.
Вулис Л.А., Ярин Л.П. Аэродинамика факела. - Л.: Энергия, 1978.
Гупта А., Лилли Д., Сайред Н. Закрученные потоки. - М.: Мир, 1987. - 590 C.
Lewis B., Elbe G. Stability and structure of burner flames // J. Chem. Phys. - 1943. Vol.11. - P. 75-97.
Vanquickenborne L. and A.van Tiggelen The stabilization mechanism of lifted diffusion flames // Combastion and Flame. - 1966. - Vol. 10. - N. 1. - P. 59 - 69.
Peters N. The turbulent burning velocity for large-scale and small-scale turbulence // J. Fluid Mech. - 1999. - Vol. 384. - P. 107-132.
Su L.K., Han D., Mungal M.G. // Proc. Combust. Inst. - 2000. - Vol. 28. - P. 327-333.
Hasselbrink E.F., Mungal M.G. // Proc. Combust. Inst. - 1998. - Vol. 27. - P. 867- 873.
Schefer R.W., Goix P.J. // Combust. Flame - 1998. - Vol. 112. - P. 559-574.
Burgess C.P., Lawn C.J. The premixture model of turbulent burning to describe lifted jet flames // Combust. Flame - 1999. - Vol. 119. - P. 95-108.
Filatyev S.A., Thariyan M.P., Lucht R.P., Gore J.P. Simultaneous stereo particle image velocimetry and double-pulsed planar laser-induced fluorescence of turbulent premixed flames // Combust. Flame. - 2007. - Vol. 150. - P. 201-209.
Kaplan C.R., Oran E.S., Baek S. // Proc. Combust. Inst. - 1994. - Vol. 25. P. 1183-1192.
Miake-Lye R.C., Hammer J.A. // Proc. Combust. Inst. - 1988. - Vol. 22. P. 817-823.
Broze G., Hussain F. Transitions to chaos in a forced jet: intermittency, tangent bifurcations and hysteresis // J. Fluid Mech. - 1996. Vol.311. - P. 37-71.
Watson K.A., Lyons K.M., Donbar J.M., Carter C.D. // Combust. Flame - 1999. Vol.117. - P. 257-271.
Mansour M.S. Stability characteristics of lifted turbulent partially premixed jet flames // Combust. Flame - 2003. - Vol 133. - P. 263-274.
Wu C.-Y., Chao Y.-C., Cheng T.-S., Li Y.-H., Lee K.-Y., Yuan T. The blowout mechanism of turbulent jet diffusion flames // Combust. Flame - 2006. - Vol. 145. - P. 481-494.
Muniz L., Mungal M.G. Instantaneous flame-stabilization velocities in lifted-jet diffusion flames. // Combust. Flame - 1997. - Vol. 111. - P. 16-31.
Stella A., Guj G., Kompenhans J., Raffel M., Richard H. Application of particle image velocimetry to combusting flows: design considerations and uncertainty assessment // Exp. Fluids - 2001. - Vol. 30. - P. 167-180.
Brown C.D., Watson K.A., Lyons K.M. Studies on Lifted Jet Flames in Co-flow: The Stabilization Mechanism in the Near- and Far-Fields // Flow, Turb. and Comb. - 1999. - Vol. 62. - P. 249-273.
Upatnieks A., Driscoll J.F., Rasmussen C.C., Ceccio S.L. // Combust. Flame - 2004. - Vol. 138. P. 252-272.
Alekseenko S.V., Dulin V.M., Kozorezov Y.S., Markovich D.M., Shtork S.I., Tokarev M.P. Flow Structure of Swirling Turbulent Propane Flames // Flow Turbulence and Combustion. - 2011, DOI 10.1007/s10494011-9340-5.
Токарев М.П., Маркович Д.М., Бильский А.В. Адаптивные алгоритмы обработки изображений частиц для расчета мгновенных полей скорости // Вычисл. технологии. - 2007. - Т. 2. - С. 1 - 23.
Дулин В.М., Козорезов Ю.С., Маркович Д.М., Токарев М.П. Исследование газодинамической структуры потока в закрученном турбулентном пламени методом цифровой трассерной визуализации // Вестн. НГУ Сер. Физика. 2009 4. вып. 3, С. 30-42
Chao Y.-C., Wu C.-Y., Yuan T. and Cheng T.S. Stabilization process of a lifted flame tuned by acoustic excitation // Combust. Sci. Tech. - 2002. - Vol. 174. - P. 87.
