Shear Layer Dynamics in a Reacting Jet in Crossflow
Shear Layer Dynamics in a Reacting Jet in Crossflow
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横流反应射流中的剪切层动力学
DOI：
10.1016/j.proci.2018.06.031
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发表时间：
2019
影响因子：
3.4
通讯作者：
Lieuwen, Tim
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Nair, Vedanth;Wilde, Benjamin;Emerson, Benjamin;Lieuwen, Tim
本研究探讨热释放对横流中反应射流剪切层涡结构成长的影响。由氢、氦和氮的混合物组成的射流用于独立地改变动量通量比（J）、射流与横流密度比（S）和热释放。速度场获得10 kHz的高速立体粒子图像测速仪（SPIV）和地区的高温/燃烧产物同时OH平面激光诱导荧光（OH-PLIF）。利用涡识别指示函数识别了由迎风面和背风面剪切层不稳定性引起的剪切层涡（SLV），以跟踪其空间位置和强度。结果表明，无论是反应流场还是非反应流场，迎风面和背风面剪切层强度的不对称性主要取决于J。SLV增长率对JandSis的依赖性与以前的研究中指出的非反应射流的趋势相匹配，SLV增长率随着JICF的全球不稳定程度而增加。热释放也被证明抑制SLV增长率相对于非反应的情况下，具有相同的射流参数。与此相关的是，火焰的抬升程度对SLV的增长也有很大的影响。由于火焰提升与自燃时间直接相关，这一点表明动力学速率和射流流体动力学稳定性之间存在很强的耦合。
This study explores the effect of heat release on the growth of the shear layer vortical structures in a reacting jet in crossflow. Jets composed of mixtures of hydrogen, helium and nitrogen were used to independently vary the momentum flux ratio (J), jet to crossflow density ratio (S) and heat release. Velocity fields were obtained from 10 kHz high-speed stereoscopic particle image velocimetry (SPIV) and regions of elevated temperature/combustion products from simultaneous OH planar laser induced fluorescence (OH-PLIF). The shear layer vortices (SLV) originating from instabilities in the windward and leeward shear layers were identified using vortex identification indicator functions in order to track their spatial location and strength. The results show that the asymmetries in shear layer strength between the windward and leeward shear layers are dependent primarily onJ, for both reacting and non-reacting flow-fields. The SLV growth rate dependencies onJandSis found to match trends noted by previous studies for non-reacting jets, where SLV growth rates increase with degree of global instability of the JICF. Heat release is also shown to suppress the SLV growth rates relative to non-reacting cases with the same jet parameters. Related to this point, the degree of lifting of the flame also has a significant impact on SLV growth. As flame lifting is directly related to autoignition times, this point shows strong coupling between kinetic rates and jet hydrodynamic stability.
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