Original von Revealer
Stereo PIV ist eine fortschritt liche optische Diagnose technik, die das Standard-2D-PIV erweitert, indem zwei Kameras verwendet werden, um die dritte Geschwindigkeit komponente ($ W $) in einem Licht blatt zu erfassen. Durch Betrachten der laser beleuchteten Partikel aus zwei verschiedenen Winkeln kann ein Stereo-PIV-System das gesamte 3D-Geschwindigkeitsvektor-Feld rekonstruieren ($ \ text{U, V, W}$). macht es für komplexe Strömungen wie die in dieser Studie analysierten geschichteten Wirbel flammen unverzicht bar.
Diagnostik:Kombinierte Stereo PIV und OH * Chemi lumineszenz.
System geschwindigkeit:Multi-Kilohertz-Bildraten mit der Revealer S-Serie.
Schlüssel findung:Ident ifi ziert x/D ≤ 0,2 als die kritische Zone für die Flammens tabilität.
Anwendung:Optimierung von emissions armen geschichteten Wirbel brennern.
Die geschichtete Wirbel verbrennung ist in der modernen emissions armen und hoch effizienten Brennkammer konstruktion weit verbreitet. Wenn sich jedoch die Betriebs bedingungen nähernMageres Ausblasen (LBO)Grenze, wird das Strömungs feld sehr instabil. Kleine Störungen können auslösenLokalisiertes AbschreckenOder vollständiges Aussterben der Flamme, bedrohliche Verbrennungs stabilität und Motors icherheit.
Um diese kritische Dynamik zu untersuchen, setzten Forscher einHochfrequenz-OH *-Chemi lumineszenz (CL)UndStereo-Partikel-Bild-Velocimetrie (Stereo-PIV)-Angetrieben vonAgile GerätUnd dieEnthüllerHoch geschwindigkeit kamera-Um das vorübergehende Verhalten von zu visual isierenVor gemischte Methan-Luft-geschichtete Wirbel flammenUnter nahezu LBO-Bedingungen.
Diese Studie bietet wichtige Erkenntnisse zur Optimierung fortschritt licher Verbrennungs systeme und zur Verbesserung der LBO-Marge.
2.1 Ausrüstung konfiguration
Geschrichener Wirbel brenner
Es wurde ein zweistufiger konzentrischer Wirbel injektor verwendet, bestehend aus:
Innere Bühne:6-Blatt-Axialswirbel
Äußere Bühne:18-Blatt-Axialswirbel
Lippen region:5mm Trenn struktur, die a erzeugtLippen umwälzzone (LRZ)
Mehrere Scher schichten gebildet:OSL, ISL, LSL und CSL
Diese Architektur erzeugt eine komplexe Rezirkulation topologie, die für die Flammens tabilisierung wesentlich ist.
Stereo-Partikel-Bild-Velocimetrie (Stereo-PIV)-System
Zur Verfügung gestellt vonAgile Gerät, Mit:
Nd mit doppeltem Hohlraum: YLF-Laser
Der Kern des Systems verfügt über zweiHoch geschwindigkeit kameras, Die die hohe zeitliche Auflösung und Pixel empfindlichkeit liefern, die erforderlich sind, um turbulente Schwankungen in Flammen mit hoher Geschwindigkeit aufzulösen.
Particle Image Velocimetry (PIV)-Software
Alu-Oxid-Partikel (Al-2-Ogeon)
OH * Chemi lumineszenz (CL)-System
EineHoch geschwindigkeit kameraMit einem Bild verstärker
UV-Linse 308 nm Bandpass filter
Synchron isations controller
Gewähr leistet die zeitliche Ausrichtung zwischen dem Stereo-PIV-System und der OH *-CL-Diagnose.
2.2 Betriebs bedingungen
Es wurden fünf Betriebs fälle entwickelt: ein nicht reaktiver (NR) und vier reagierende Fälle (Fall 1-4).
Alle Fälle gepflegt:
Geschwindigkeit verhältnisVR = 0,2
Schichtung verhältnisSR = 0,5
Äquivalenz verhältnis Ø verringerte sich von0,60 → 0,50, Simulation des Fortschritts in Richtung LBO
Fall | Ui (m/s) | Uo (m/s) | SR | Ø | Beschreibung |
NR | 5 | 1 | 0 | 0 | Nicht reagierende Basislinie |
Fall 1 | 5 | 1 | 0,5 | 0,60 | Stabile Verbrennung weit entfernt von LBO |
Fall 2 | 5 | 1 | 0,5 | 0,56 | Stabil, aber näher an LBO |
Fall 3 | 5 | 1 | 0,5 | 0,51 | Reversibler Zustand nahe LBO; periodische lokale Abschreck ung |
Fall 4 | 5 | 1 | 0,5 | 0,50 | Irreversibler LBO-Zustand |
Ø = 0,50 wurde experimentell als LBO-Schwelle bestimmt.
3.1 Nicht reaktive Strömungs felds truktur
Unter Verwendung derAufdecker Stereo PIVSystem wurde das Axial geschwindigkeit sfeld mit kaltem Fluss gemessen (NR-Fall). Die Dual-Kamera-Konfiguration ermöglicht eine umfassende 3-Komponenten-Geschwindigkeitsfeldanalyze, bei der nicht nur die axiale und radiale Strömung, sondern auch die azimut alen Komponenten außerhalb der Ebene erfasst werden. Diese fortschritt liche 3D-Flow-Visualisierung zeigt die komplizierte Topologie der primären Umwälzung szone (PRZ), die Standard-2D-PIV andernfalls komprimieren oder verfehlen würde.
Wichtige Beobachtungen:
APrimäre Umwälzzone (PRZ)Mit einer trompeten förmigen Struktur dominierte die Strömung. Länge: x/D ≤ 0,8
Ein kompakterLippen umwälzzone (LRZ)Existierte in der Nähe der Lippe (x/D <0,1)
Diese nicht reagierende Basislinie bietet eine wesentliche Referenz für die Identifizierung dichte getriebener Veränderungen in reagierenden Fällen.
3.2 Entwicklung der reagieren den Strömung und Flammens truktur
Zeit gemittelte Axial geschwindigkeit-und OH * CL-Intensität verteilungen für Fall 1-4 zeigen:
1). PRZ-Verlängerung in Richtung LBO
PRZ-Länge von x/D = 1,0 (Fall 1) auf x/D = 1,2 (Fall 4) erhöht
Zeigt eine vergrößerte Rezirkulation an, die die Flammens tabilisierung unterstützt-aber auch destabilisiert
2). Flammen verlängerung
Die Flammen länge nahm von x/D = 0,5 → 1,0 zu, als Ø abnahm
Verursacht durch verringerte laminare Flammen geschwindigkeit trotz konstanter Einlass geschwindigkeit
3). Flammen verankerung verhalten
Flamme in erster Linie verankert entlang derInnere Scher schicht (ISL)
Die äußere Flamme dominierte die Struktur
Die innere Flamme blieb unter allen Bedingungen nicht entzündet
3.3 Transiente Flow-Flame-Wechsel wirkung in der Nähe von LBO
Fall 3 (Reversible Near-LBO-Zustand)
Hochgeschwindigkeits-5 kHz Stereo PIV zeigt:
AVortex-Kern (PVC)Spiralförmig stromabwärts entlang der CSL
PVC tutNichtDirekt auf die Flammenfront treffen
Dies löst zeitweise ausLokales Abschrecken, gefolgt von Wieder zündung, Bestätigung der Revers ibilität
Fall 4 (Irreversible LBO-Bedingung)
Transiente OH * CL PIV-Sequenzen über ~ 0,0332 s zeigen:
T = 1.0826 s:Erstes großes Flammen loch erscheint
T = 1,0886-1,0964 s:Die Abschreck zone dehnt sich stroma ufwärts entlang der ISL aus
T = 1.1088 s:Flamme löst sich von der Lippe → irreversibles globales Aussterben
3.4 Räumliche lineare Stabilitäts analyze (LSA) unter Verwendung von Stereo-PIV-Daten
Anwendung von LSA auf das vom Stereo PIV-System gemessene 3D-Mittelgeschwindigkeitsfeld:
Fall 1
Maximale PVC-Wachstums rate:0,75In der Nähe der Düse
Schneller Zerfall bei x/D = 0,2, bei dem innere/äußere Jets verschmelzen
Zeigt den Beginn der durch Dichte schichtung induzierten Instabilität an
Fall 2
Maximale Wachstums rate steigt im Vergleich zu Fall 1
Schlägt ausgeprägtere lokale Instabilitäten vor, wenn Ø abnimmt
Fall 3
Starker Anstieg der Wachstums rate (0,4 → 0,75) in 0,1
Korreliert mit hoch frequentem lokalem Abschrecken
Fall 4
PVC-Wachstums rate:0,65Bei x/D = 0,05
Bleibt nahezu konstant, bis x/D = 1,6
Schließlich deutet auf einen globalen Instabilität modus hin, der irreversibles LBO auslöst
Unter Verwendung derAgile Gerät Stereo PIV System, Synchron isiertOH * CL-BildgebungUnd Stabilitäts analyze:
Ich.PRZ-ErweiterungUnd reduziertes Äquivalenz verhältnis führen gemeinsam zu einer verbesserten Fluss instabilität, wenn sich das System LBO nähert.
II. DiePVCObwohl es nicht direkt mit der äußeren Flamme interagiert, induziert es ein lokales Löschen durch periodische Strömungs störungen im Jet-Merging-Bereich.
III. LSA ident ifi ziertX/D ≤ 0,2Als der empfindlich ste Bereich für die Flammens tabilität-eine kritische Zone, in der das Brennkammer design das Mischen von Kraftstoff und Luft verbessern oder Stabilisierung merkmale einführen sollte.
Diese Studie zeigt die Wirksamkeit der KombinationRevealer Hoch geschwindigkeit kamera technologie,Agile Gerät Stereo Partikel Bild Velocimetrie (PIV)Und fortschritt liche Diagnostik zur Lösung der komplexen Strömungs flammen dynamik in schlanken Verbrennungs umgebungen.
Warum sind Hoch geschwindigkeit kameras für Stereo PIV bei der Verbrennung unerlässlich?
Verbrennungs ereignisse, insbesondere Lean Blowout (LBO) und turbulente Flammen ausbreitung, treten in Mikrosekunden-Zeitskalen auf. Um diese vorübergehende Wirbel dynamik ohne Bewegungsunschärfe aufzulösen, muss eine Kamera sowohl hohe Bildraten (kHz-Bereich) als auch einen globalen Auslöser bieten. Der Revealer S1315 bietet beispiels weise die erforderliche Lichte mpfindlichkeit und Synchron isations genauigkeit, um die Verschiebung von Aussaat partikeln über zwei versetzte Ebenen zu erfassen. Dies ist die Grundlage für die genaue Rekonstruktion von 3D-Geschwindigkeitsvektoren in Stereo PIV.
Kann dieses Stereo-PIV-System für verschiedene Brenner größen angepasst werden?
Absolut. Als spezial isierter Anbieter von Stereo PIV-Systemen ist Revealer bekannt, dass die experimentellen Volumina von Mikro brennern bis zu großen Windkanälen variieren. Wir bieten:
Anpassbare Synchron isation:Präzise zeitliche Ausrichtung zwischen dem Dual-Cavity-Laser und Kameras.
Vielseitige Optik:Eine Reihe von Linsen von UV (für OH-Chemi lumineszenz) * bis Infrarot, um sicher zustellen, dass das System zum optischen Zugang Ihrer spezifischen Brennkammer passt.
Flexible Scheimpflug-Halterungen:Wesentlich für die Aufrechterhaltung des Fokus über die geneigten Bildebenen, die Stereo-PIV-Konfigurationen inhärent sind.
English
Deutsch
