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旋转稳定的贫预混合火焰燃烧动力学:火焰稳定化,火焰动力学和燃烧不稳定控制策略的实验研究

2019/07/18 15:26

阅读:110

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应用领域:
能源/新能源
发布时间:
2019/07/18
检测样品:
煤炭
检测项目:
OH 激光诱导荧光
浏览次数:
110
下载次数:
参考标准:
暂无

方案摘要:

LaVision imager intense型CCD相机加上图像增强器IRO构成了一套OH自由基激光诱导荧光测量系统。利用这套系统对旋转稳定的贫预混合火焰燃烧动力学:火焰稳定化,火焰动力学和燃烧不稳定控制策略等进行了实验研究

产品配置单:

分析仪器

LaVision IRO 图像增强器

型号: IRO

产地: 德国

品牌: LaVision GmbH

¥10万 - 50万

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PLIF平面激光诱导荧光火焰燃烧检测系统

型号: PLIF-FlameMaster

产地: 德国

品牌: LaVision GmbH

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分析软件

LaVision DaVis 智能成像软件平台

型号: DaVis

产地: 德国

品牌: LaVision GmbH

¥10万 - 30万

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方案详情:

Though modern low-emission combustion strategies have been successful in abating the emission of pollutants in aircraft engines and power generation gas turbines, combustion instability remains one of the foremost technical challenges in the development of next generation lean premixed combustor technology. Combustion instability is the coupling between unsteady heat release and combustor acoustic modes where one amplifies the other in a feedback loop. This is a complex phenomenon which involves unsteady chemical kinetic, fluid mechanic and acoustic processes that can lead to unstable behavior and could be detrimental in ways ranging from faster part fatigue to catastrophic system failure. Understanding and controlling the onset and propagation of combustion instability is therefore critical to the development of clean and efficient combustion systems. Imaging of combustion radicals has been a cornerstone diagnostic for the field of combustion for the past two decades which allows for visualization of flame structure and behavior. However, resolving both temporal and spatial structures from image-based experimental data can be very challenging. Thus, understanding flame dynamics remains a demanding task and the difficulties often lie in the chaotic and non-linear behavior of the system of interest. To this end, this work investigates the flame dynamics of lean premixed swirl stabilized flames in two distinct configurations using a variety of high fidelity optical and laser diagnostic techniques in conjunction with advanced data / algorithm based post-processing tools.
The first part of this work is focused on establishing the effectiveness of microwave plasma discharges in improving combustor flame dynamics through minimizing heat release and pressure fluctuations. The effect of continuous, volumetric, direct coupled, non-equilibrium, atmospheric microwave plasma discharge on a swirl stabilized, lean premixed methane˗air flame was investigated using quantitative OH planar laser induced fluorescence (PLIF), spectrally resolved emission and acoustic pressure measurements. Proper Orthogonal Decomposition (POD) was used to post-process OH-PLIF images to extract information on flame dynamics that are usually lost through classical statistical approaches. Results show that direct plasma coupling accelerates combustion chemistry due to the non-thermal effects of plasma that lead to significantly improved combustor dynamics. Overall, this study demonstrates that microwave direct plasma coupling can drastically enhance dynamic flame stability of swirl stabilized flames especially at very lean operating conditions.
The second part of this work is focused on the development of a stable and efficient small-scale combustor architecture with comparable power density, performance and emission characteristics to that of existing large-scale burners with reduced susceptibility to extinction and externally imposed acoustic perturbations while maintaining high combustion efficiency and low emission levels under ultra-lean operating conditions. Prototype burner arrays were additively manufactured, and the combustion characteristics of the mesoscale burner array were studied using several conventional and optical diagnostic techniques. The burner array was specifically configured to enhance overall combustion stability, particularly under lean operating conditions, by promoting flame to flame interactions between the neighboring elements. Dynamic mode decomposition (DMD) analysis based on high speed OH-PLIF images was carried out to provide a quantitative measure of flame stability. Results show a marked improvement in combustion stability for a mesoscale burner array compared to a single swirl-stabilized flame with similar power output. Overall, this study shows promise for integration of mesoscale combustor arrays as a flexible and scalable technology in next generation propulsion and power generation systems.

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2018-SWIRL-STABILIZEDLEAN-PREMIXEDFLAMECOMBUSTIONDYNAMICS.pdf
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