Experimental Study of Transient Mechanisms of Bi-Stable Flame Shape Transitions in a Swirl Combustor
Experimental Study of Transient Mechanisms of Bi-Stable Flame Shape Transitions in a Swirl Combustor
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旋流燃烧室双稳态火焰形状转变瞬态机制的实验研究
DOI：
10.1115/1.4037724
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发表时间：
--
影响因子：
1.5
通讯作者：
W Meier
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
M Stöhr;K Oberleithner;M Sieber;W Meier
火焰形状的突然变化是燃气轮机中使用的旋流燃烧室的一种不受欢迎但知之甚少的特征。本文研究了燃气轮机模型燃烧室中双稳态湍流旋流火焰在附着式V型和提升式M型之间间歇交替的火焰形态转变机理。利用高速立体粒子图像测速仪和10 kHz的平面激光诱导的羟基荧光同时测量了火焰的时间分辨速度场和二维火焰结构。数据分析使用了两种新的方法，这两种方法非常适合于研究瞬时火焰形状转变：一是时变平均流的线性稳定性分析(LSA)；二是最近提出的谱固有正交分解(SPOD)。结果表明，这种转变受两种不稳定性的支配，即进动涡核(PVC)形式的流体动力不稳定性和热声(TA)不稳定性。LSA表明，V-M转变意味着聚氯乙烯的瞬时形成，这是自放大过程的结果。另一方面，V-M转变是由于TA不稳定的出现而引起的，这种不稳定抑制了PVC，从而改变了流场，使火焰重新附着在喷嘴上。综上所述，这些结果对控制湍流旋涡稳定火焰形状的TA和流体动力不稳定性之间的复杂相互作用提供了新的见解。
Sudden changes of flame shape are an undesired, yet poorly understood feature of swirl combustors used in gas turbines. The present work studies flame shape transition mechanisms of a bistable turbulent swirl flame in a gas turbine model combustor, which alternates intermittently between an attached V-form and a lifted M-form. Time-resolved velocity fields and two-dimensional flame structures were measured simultaneously using high-speed stereo-particle image velocimetry (PIV) and planar laser-induced fluorescence of OH (OH-PLIF) at 10 kHz. The data analysis is performed using two novel methods that are well adapted to the study of transient flame shape transitions: First, the linear stability analysis (LSA) of a time-varying mean flow and second, the recently proposed spectral proper orthogonal decomposition (SPOD). The results show that the transitions are governed by two types of instability, namely a hydrodynamic instability in the form of a precessing vortex core (PVC) and a thermoacoustic (TA) instability. The LSA shows that the V-M transition implies the transient formation of a PVC as the result of a self-amplification process. The V-M transition, on the other hand, is induced by the appearance of a TA instability that suppresses the PVC and thereby modifies the flowfield such that the flame re-attaches at the nozzle. In summary, these results provide novel insights into the complex interactions of TA and hydrodynamic instabilities that govern the shape of turbulent swirl-stabilized flames.
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DOI：
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发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
--
作者：
M. Sieber;C. Paschereit;K. Oberleithner
通讯作者：
K. Oberleithner
湍流旋转射流中全局模态的瞬态演化：实验和模态稳定性分析
DOI：
10.1016/j.euromechflu.2017.02.010
发表时间：
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期刊：
arXiv: Fluid Dynamics
影响因子：
--
作者：
L Rukes;M Sieber;CO Paschereit;K Oberleithner
通讯作者：
K Oberleithner
燃气轮机燃油喷射器的绝对和对流不稳定性
DOI：
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发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
--
作者：
M. Juniper
通讯作者：
M. Juniper
不稳定圆柱尾流中平均流涡脱落饱和动力学的自洽模型
影响因子：
4.6
作者：
V. Mantič;Cristóbal Arratia;F. Gallaire
通讯作者：
F. Gallaire
DOI：
10.1016/j.proci.2014.07.035
发表时间：
2015
期刊：
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影响因子：
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作者：
S. Terhaar;K. Oberleithner;C. Paschereit
通讯作者：
S. Terhaar;K. Oberleithner;C. Paschereit