Phase-Opposition Control of the Precessing Vortex Core in Turbulent Swirl Flames for Investigation of Mixing and Flame Stability
Phase-Opposition Control of the Precessing Vortex Core in Turbulent Swirl Flames for Investigation of Mixing and Flame Stability
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湍流旋流火焰中进动涡核的相位相反控制，用于研究混合和火焰稳定性
DOI：
10.1115/1.4044469
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Oberleithner
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Lückoff;Sieber;Paschereit;Oberleithner
旋进涡核（PVC）是一种螺旋形的相干流结构，发生在发生涡破裂的反应和非反应旋转流中。在旋流稳定燃烧室中，PVC影响重要的现象，如湍流混合和热声振荡。在这项工作中，开发了一个闭环流量控制系统，它允许PVC的相位相反控制，以实现适当的条件，系统地研究PVC对湍流火焰的影响。该控制包括一个零净质量流量执行器放置在混合部分的燃烧室，在PVC是最容易接受定期强迫。流量控制系统的特点是从压力测量和粒子图像测速（PIV）和火焰动力学的影响提取OH*-化学发光测量。数据显示，PVC的振幅是相当抑制的相位反对控制，而不改变流动和火焰的整体特性，这是至关重要的研究的PVC对燃烧过程的排他性影响。此外，该控制允许PVC振幅逐渐调整，以研究PVC对湍流混合和火焰动力学的影响。结果表明，PVC引起的流动脉动主要影响大尺度混合，而小尺度混合基本不变。这是因为PVC的抑制允许其他模式变得更占主导地位，并且整体湍流动能（TKE）预算保持不变。其他模式，如轴对称模式的不稳定性，可能有一些热声不稳定性的影响。
The precessing vortex core (PVC) is a helically shaped coherent flow structure that occurs in reacting and nonreacting swirling flows undergoing vortex breakdown. In swirl-stabilized combustors, the PVC affects important phenomena, such as turbulent mixing and thermoacoustic oscillations. In this work, a closed-loop flow control system is developed, which allows for phase-opposition control of the PVC, to achieve appropriate conditions to systematically investigate the influence of the PVC on turbulent flames. The control consists of a zero-net-mass-flux actuator placed in the mixing section of the combustor, where the PVC is most receptive to periodic forcing. The flow control system is characterized from pressure measurements and particle image velocimetry (PIV) and the impact on flame dynamics is extracted from OH*-chemiluminescence measurements. The data reveal that the PVC amplitude is considerably suppressed by the phase-opposition control without changing the overall characteristics of flow and flame, which is crucial to study the exclusive effect of the PVC on combustion processes. Moreover, the control allows the PVC amplitude to be adjusted gradually to investigate the PVC impact on turbulent mixing and flame dynamics. It is revealed that the PVC-induced flow fluctuations mainly affect the large-scale mixing, while the small scale mixing remains unchanged. This is because the suppression of the PVC allows other modes to become more dominant and the overall turbulent kinetic energy (TKE) budget remains unchanged. The destabilization of other modes, such as the axisymmetric mode, may have some implications on thermoacoustic instability.
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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
DOI：
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发表时间：
1935
期刊：
Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and physical sciences
影响因子：
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作者：
G. Taylor
通讯作者：
G. Taylor
旋流射流中进动涡核动力学对剪切层响应的影响
DOI：
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发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
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作者：
M. Frederick;K. Manoharan;Joshua Dudash;Briana Brubaker;S. Hemchandra;J. O’Connor
通讯作者：
J. O’Connor
全局和局部水动力稳定性分析作为燃烧室动力学建模的工具
DOI：
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发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
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作者：
P. Paredes;S. Terhaar;K. Oberleithner;V. Theofilis;C. Paschereit
通讯作者：
C. Paschereit
旋流稳定燃烧器中进动涡核控制的不同执行器设计的表征
DOI：
10.1115/1.4038039
发表时间：
2018
影响因子：
1.5
作者：
Lückoff;Sieber;Paschereit;Oberleithner
通讯作者：
Oberleithner