Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2023
Идентификатор DOI: 10.56304/S0040363623050053
Ключевые слова: vortex combustion chamber, Turbulent swirl flame, laser-induced fluorescence, panoramic thermometry, methane-air mixture, alternation ratio, вихревая камера сгорания, турбулентное закрученное пламя, лазерно-индуцированная флуоресценция, панорамная термометрия, метановоздушная смесь, коэффициент перемежаемости
Аннотация: В последние годы особенно актуальной стала задача снижения уровня выбросов вредных веществ при работе газотурбинных установок (ГТУ). При этом детальное исследование скорости потока и процесса горения в камерах сгорания ГТУ необходимо для оптимизации происходящих в них термогазодинамических процессов. Такая оптимизация позволяет не только обеспечить высокую полноту сжигания топлива и устойчивую работу горелок в широком диапазоне соотношений топливо/окислитель, но и снизить выбросы вредных веществ. Статья посвящена изучению структуры поля температуры дежурного факела модельного газотурбинного двухзонного горелочного устройства. Для регистрации мгновенного распределения температуры в факеле был использован метод, основанный на термически активированной планарной лазерно-индуцированной флуоресценции [thermally-assisted Planar Laser Induced Fluorescence (PLIF)] при возбуждении линии <i>Q</i>1(8) перехода (1–0) электронной системы A2Σ+–X2Π гидроксильного радикала OH. Исследование проведено при горении частично перемешанной смеси метана с воздухом со значительным избытком последнего (с коэффициентом α = 1.54) при нормальных условиях в закрученном потоке при числе Рейнольдса Re = 1.5 × 104. В работе детально описана процедура калибровки thermally-assisted PLIF-системы с использованием термопары. Кроме того, представлены мгновенные распределения температуры за фронтом пламени в диапазоне 1500–2000 К. Полученные данные указывают на значительную неоднородность поля температуры вследствие стабилизации пламени на периферии центрального факела топлива смешивающимся закрученным потоком воздуха. При этом условное осреднение поля температуры с учетом перемежаемости, вызванной движением фронта пламени, свидетельствует о том, что температура в основании фронта близка к минимальным значениям адиабатической температуры предварительно перемешанной смеси вблизи “бедного” [α > 1, т.е. когда окислителя (воздуха) больше, чем необходимо для полного сгорания топлива] предела воспламеняемости. The problem of reducing the amount of harmful emissions during the operation of gas turbine units (GTUs) has become especially important in recent years. In this regard, for optimizing the flow thermal and gas dynamic processes, the flow velocity and the combustion process in the GTU combustion chambers have to be studied in detail. Such optimization makes it possible not only to secure highly complete fuel combustion and stable operation of the burners in a wide range of the fuel to oxidizer ratios but also to decrease the amount of harmful emissions. The article deals with studying the temperature field structure of the pilot flame produced by a model gas turbine two-zone burner. The instantaneous temperature distribution in the flame was recorded using the method based on thermally-assisted two-line planar laser-induced fluorescence (PLIF) in exciting the <i>Q</i>1(8) transition band (1–0) of the A2Σ+–X2Π OH hydroxyl radical electron system. The study was carried out for the case of combusting a partially agitated methane and air mixture with a significant air excess factor α = 1.54 under standard conditions in swirl flow at the Reynolds number Re = 1.5 × 104. The procedure of calibrating a thermally assisted PLIF system with using a thermocouple is described in detail. The article also presents instantaneous temperature distribution patterns downstream of the flame front in the range 1500–2000 K. The obtained data show that the temperature field features a significant heterogeneity due to the flame being stabilized at the central fuel flame periphery by a swirl mixing air flow. The conditional averaging of the temperature field with taking into account the alternation caused by the flame’s front motion testifies that the temperature at the front base is close to the minimal adiabatic temperature values of the preagitated mixture near the “lean” (α > 1, i.e., when the amount of oxidizer (air) is larger than that necessary for complete fuel combustion) flammability limit.
Журнал: Теплоэнергетика
Выпуск журнала: № 5
Номера страниц: 40-48
ISSN журнала: 00403636
Место издания: Москва
Издатель: Национальный исследовательский университет "МЭИ", Российская академия наук