Quantitative measurement of density fluctuations with a full-field laser interferometric vibrometer
Quantitative measurement of density fluctuations with a full-field laser interferometric vibrometer
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使用全场激光干涉测振仪定量测量密度波动
DOI：
10.1007/s00348-019-2842-y
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发表时间：
2020
影响因子：
2.4
通讯作者：
J. Czarske
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
F. Greiffenhagen;J. Woisetschläger;J. Gürtler;J. Czarske
现代的、贫燃和预混燃气涡轮机燃烧概念是低NOx排放的，但容易出现燃烧不稳定性。在以前的工作中，它表明，激光干涉振动测量（LIV）可以用来记录全球以及局部的热释放波动的旋流稳定的预混甲烷火焰定量，如果其他影响密度是小的。在这项工作中，一个新开发的基于摄像机的全场LIV系统（CLIV）被应用到一个稀薄的，有限的，预混和旋流稳定的甲烷火焰在大气条件下。而不是耗时的逐点扫描的火焰，CLIV记录全场的视线密度波动与高时空分辨率。CLIV的记录速率为200 kHz，可实现流体动力学和燃烧研究中高度不稳定过程的可视化。作为一个不稳定的过程的例子，火焰前锋通过一个贫，预混气体体积的传播是可视化在点火过程中。讨论的算法和假设，计算从密度振荡的热释放振荡，并适用于相位平均数据记录与CLIV这种类型的火焰。作为参考，同时记录OH* 化学发光数据。当密度梯度随气流移动时，LIV和CLIV记录，化学发光成像在没有化学反应的情况下将显示不出任何东西。图形摘要燃烧室内横向的时间平均密度梯度。b点火后沿着视线7 ms的密度波动。c在225 Hz扰动频率下的相位平均和局部热释放波动
AbstractModern, lean and premixed gas turbine combustion concepts for low NOxemissions are prone to combustion instabilities. In a previous work it was shown that laser interferometric vibrometry (LIV) can be used to record global as well as local heat release fluctuations in swirl-stabilized premixed methane flames quantitatively, if other effects influencing density are small. In this work a newly developed camera-based full-field LIV system (CLIV) was applied to a lean, confined, premixed and swirl-stabilized methane flame under atmospheric conditions. Instead of time-consuming pointwise scanning of the flame, CLIV records full-field line-of-sight density fluctuations with high spatio-temporal resolution. With a recording rate of 200 kHz, CLIV enables the visualization of highly unsteady processes in fluid dynamics and combustion research. As an example for an unsteady process, the propagation of the flame front through a lean, premixed gas volume is visualized during an ignition process. A discussion of algorithms and assumptions necessary to calculate heat release oscillations from density oscillations is presented and applied to phase-averaged data recorded with CLIV for this type of flame. As reference, OH* chemiluminescence data were recorded simultaneously. While density gradients travelling with the flow are recorded by LIV and CLIV, chemiluminescence imaging will show nothing in the absence of chemical reaction.Graphic abstractaTime-averaged density gradient within the combustor in lateral direction.bDensity fluctuations along line-of-sight 7 ms after ignition.cPhase-averaged and local heat release fluctuations at 225 Hz perturbation frequency
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