进动涡核动力学对旋流稳定燃烧室中热声不稳定性的影响
流体动力学
2020-12-01 v1 数据分析、统计与概率
摘要
旋流流中的全局不稳定性会显著改变旋流稳定火焰的火焰与流动动力学，例如现代发电燃气轮机发动机中的火焰。在本研究中，我们刻画了进动涡核（PVC，一种全局流体动力学不稳定性的结果）与热声不稳定性（燃烧室声学与燃烧非稳态放热率之间共振耦合的结果）之间的相互作用。该刻画使用从一个模型燃气轮机燃烧室系统获得的实验数据，该系统采用两个同心旋流空气喷嘴，由一圈燃料喷射器隔开，在 5 bar 压力下运行。两股气流之间的流量分配被系统性地改变，以观察流动结构变化对流动和火焰动力学的影响。高速 sPIV、OH-PLIF 和丙酮 PLIF 分别用于获取速度场、火焰和燃料流动行为的信息。谱 POD 和空间频率分析用于识别并刻画驱动系统的主导振荡机制。观察到三种主导模态：两种热声模态和进动涡核。我们的结果表明，在 PVC 频率与任一热声模态频率重叠的情况下，热声模态受到抑制。弱非线性渐近分析表明，轴对称剪切层脱落（进而热声模态）的抑制是 PVC 与旋流射流轴对称模态之间非线性耦合的结果。我们推导了对称模态和 PVC 模态的演化方程，以展示驱动该抑制的控制参数。最后我们讨论了通过燃烧室流场设计实现热声不稳定性抑制的方法。
引用
@article{arxiv.2011.14662,
title = {Impact of precessing vortex core dynamics on the thermoacoustic instabilities in a swirl stabilized combustor},
author = {Ashwini Karmarkar and Saarthak Gupta and Isaac Boxx and Santosh Hemchandra and Jacqueline O'Connor},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.14662},
year = {2020}
}
备注
30 pages, 14 figures, 3 appendix sections