Stereo particle image velocimetry system for combustion and turbulence studies

用于燃烧和湍流研究的立体粒子图像测速系统

基本信息

  • 批准号:
    359653-2008
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 10.57万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Research Tools and Instruments - Category 1 (<$150,000)
  • 财政年份:
    2007
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2007-01-01 至 2008-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Turbulent premixed combustion is the mode of operation in many practical combustion systems such as gas turbine combustors and direct injection spark ignition engines. Current and future requirements for low emissions are expected to drive virtually all issues in the development of future gas turbine systems.  Lean premixed combustor concept for gas turbine engines appears to have the most promise for very low oxides of nitrogen emissions. Lean premixed combustion systems have an intrinsic attraction for controlling the combustion process and are the method of choice.  Fully premixed systems provide control over combustion chemistry, reaction kinetics, flame temperatures, and pollutant emissions. However, to fully benefit from these advantages, the turbulence-flame interactions should be clarified.The attempts to quantify the effects of turbulence on premixed turbulent burning velocity have encountered several challenges, both theoretically and experimentally.  Substantial progress has been made in the development of numerical codes to simulate the 3D unsteady flow structures in combustion devices. However, progress has been slower in simulating the combustion process due to a lack of a robust and computationally effective prediction model for turbulent premixed flame propagation. To overcome this problem, the structure of the turbulent flame front should be better understood. To decipher the structure of the flame fronts in turbulent combustion, three dimensional flow field information along with instantaneous scalar gradients with sufficient spatial-resolution are essential.  Instantaneous measurements of temperature and OH radical concentrations at the flame front of turbulent premixed flames are currently being measured by Rayleigh scattering and planar laser-induced fluorescence. The requested instrument, a stereo particle image velocimetry system, will provide the capability to make simultaneous measurements of three dimensional velocity field along with scalar gradients.
湍流预混燃烧是许多实际燃烧系统如燃气涡轮机燃烧室和直接喷射火花点火发动机中的操作模式。当前和未来对低排放的要求将推动未来燃气涡轮机系统开发中的几乎所有问题。用于燃气涡轮机发动机的贫预混燃烧室概念似乎最有希望实现极低的氮氧化物排放。稀薄预混燃烧系统具有控制燃烧过程的内在吸引力,是一种可供选择的方法。完全预混燃烧系统提供对燃烧化学、反应动力学、火焰温度和污染物排放的控制。然而,要充分利用这些优势,必须明确湍流与火焰的相互作用。湍流对预混湍流燃烧速度影响的定量研究在理论和实验上都遇到了一些挑战。数值模拟燃烧装置中三维非定常流动结构的程序开发取得了实质性进展。然而,由于缺乏一个强大的和计算有效的湍流预混火焰传播的预测模型,在模拟燃烧过程中的进展一直较慢。为了克服这个问题,湍流火焰前锋的结构应该得到更好的理解。为了揭示湍流燃烧中火焰前锋的结构,三维流场信息沿着具有足够空间分辨率的瞬时标量梯度是必不可少的.目前,利用瑞利散射和平面激光诱导荧光技术对湍流预混火焰前锋的温度和OH自由基浓度进行了瞬时测量。所要求的仪器,一个立体粒子图像测速系统,将提供的能力,使三维速度场的同时测量沿着与标量梯度。

项目成果

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    $ 10.57万
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