Экспериментальное изучение горения в системах инвертированных диффузионных струй с закруткой


Авторы

Евдокимов О. А.*, Жижин Е. В.

Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьёва, РГАТУ, ул. Пушкина, 53, Рыбинск, Ярославская область, 152934, Россия

*e-mail: yevdokimov_oleg@mail.ru

Аннотация

В статье рассмотрены особенности горения в массивах инвертированных струй с закруткой, которые представляют собой коаксиальное течение топлива (по периферии) и воздуха (по оси) с закруткой последнего и образуют диффузионное пламя с частичным перемешиванием на начальном участке. Результаты показали, что главным фактором, определяющим интенсивность горения в индивидуальной инвертированной струе, является режим истечения ее воздушной компоненты. В случае организации горения массива таких струй дополнительно значительное влияние оказывает взаимодействие элементарных течений между собой. Это наиболее сильно проявляется в богатой топливом области по величине коэффициента избытка воздуха α < 1. Кроме этого, стабильность горения в массиве инвертированных струй возрастает на величину до 20 %, что дает возможность повышения термодинамической эффективности топливосжигающих устройств, сокращения их габаритов и массы.

Ключевые слова:

закрученный поток, инвертированное диффузионное пламя, массив струй; срыв пламени, стабильность горения

Библиографический список

  1. Bardos A., Walters K.M., Boutross M.G., Lee S., Edwards C.F., Bowman C.T. Effects of Pressure on Performance of Mesoscale Burner Arrays for Gas-Turbine Applications // Journal of Propulsion and Power. 2007. Vol. 23. No. 4. P. 884–886. DOI: 10.2514/1.26255

  2. Choi J., Rajasegar R., Mitsingas C.M., Liu Q., Lee T., Yoo J. Effect of Flame Interaction on Swirl-Stabilized Mesoscale Burner Array Performance // Energy. 2020. Vol. 192. article 116661. DOI: 10.1016/j.energy.2019.116661

  3. Rajasegar R., Choi J., McGann B., Oldani A., Lee T., Hammack S.D., Carter C.D., Yoo J. Mesoscale Burner Array Performance Analysis. Combustion and Flame. 2019. Vol. 199. P. 324–337. DOI: 10.1016/j.combustflame.2018.10.020

  4. Experimental and Numerical Investigations of Low-Swirl Multi-Nozzle Combustion in a Lean Premixed Combustor. Volume 4A: Combustion, Fuels and Emissions // ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition (June 16–20, 2014, Düsseldorf, Germany). American Society of Mechanical Engineers, 2014. URL: https://asmedigitalcollection.asme.org/GT/proceedings-abstract/GT2014/45684/V04AT04A045/234971

  5. Lee T., Kim K.T. Direct Comparison of self-excited instabilities in mesoscale multinozzle flames and conventional large-scale swirl-stabilized flames // Proceedings of the Combus- tion Institute. 2021. Vol. 38. Iss. 4. P. 6005-6013. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1540748920300973

  6. Kuntikana P., Prabhu S.V. Thermal Investigations on Methane-Air Premixed Flame Jets of Multi-Port Burners // Energy. 2017. Vol. 123. P. 218–228. DOI: 10.1016/j.energy.2017.01.122

  7. Lee T., Kim K.T. Combustion dynamics of lean fully- premixed hydrogen-air flames in a mesoscale multinozzle array // Combustion and Flame. 2020. Vol. 218. P. 234–246. DOI: 10.1016/j.combustflame.2020.04.024

  8. Ruan C., Chen F., Yu T., Cai W., Li X., Lu X. Experimental study on flame/flow dynamics in a multi-nozzle gas turbine model combustor under thermo-acoustically unstable condition with different swirler configurations // Aerospace Science and Technology. 2020. Vol. 98. Article 105692. DOI: 10.1016/j.ast.2020.105692

  9. Cozzi F., Coghe A. Effect of air staging on a coaxial swirled natural gas flame // Experimental Thermal and Fluid Science. 2012. Vol. 43. P. 32–39. DOI: 10.1016/j.expthermflusci. 2012.04.002

  10. Evdokimov O.A. The structure of coaxial buoyant jets with swirl and combustion // International Journal of Energy for a Clean Environment. 2019. Vol. 20. No. 4. P. 339–350. URL: https://www.dl.begellhouse.com/journals/6d18a859536a7b02,337dcb6d4c7b3503,14f591bb14ef70ea.html

  11. Elbaz A.M., Roberts W.L. Flame structure of methane inverse diffusion flame // Experimental Thermal and Fluid Science. 2014. Vol. 56. P. 23–32. DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2013.11.011

  12. Patel V., Shah R. Experimental investigation on flame appearance and emission characteristics of LPG inverse diffusion flame with swirl // Applied Thermal Engineering. 2018. Vol. 137. P. 377–385. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.03.105

  13. Evdokimov O.A., Guryanov A.I., Prokhorov D.A. An Experimental Study on Combustion in Mesoscale Coaxial Swirl- ing Burner Arrays // Combustion Science and Technology. 2022. P. 1–22. DOI: 10.1080/00102202.2022.2111213

  14. Li H., Chen X., Shu C.-M., Wang Q., Zhang Y. Experimental and Numerical Investigation of the Influence of Later- ally Sprayed Water Mist on a Methane-Air Jet Flame // Chemical Engineering Journal. 2019. Vol. 356. P. 554–569. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894718317601

  15. Евдокимов О.А., Гурьянов А.И., Веретенников С.В., Мухоммедов У.П., Шайкина А.А. Экспериментальное исследование вихревого противоточного горелочного мо дуля с двухступенчатой подачей воздуха // Тепловые процессы в технике. 2023. Т. 15. № 1. С. 3–12. DOI: 10.34759/tpt-2023-15-1-3-12

  16. Evdokimov O.A., Guryanov A.I., Veretennikov S.V., Koshkin V.I., Arkharova N.A. A Numerical Study on Com- bustion in Arrays of Bidirectional Swirling Jets // International Journal of Energy for a Clean Environment, 2023. DOI: 10.1615/InterJEnerCleanEnv.2023047724

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024