Swirl-stabilized, turbulent, non-premixed ethylene–air flames at atmospheric pressure with downstream radially-injected dilution air were investigated from the perspective of soot emissions. The velocity and location of the dilution air jets were systematically varied while the global equivalence ratio was kept constant at 0.3. The employed laser diagnostics included 5 kHz planar laser-induced fluorescence (PLIF) of OH, 10 Hz PAH-PLIF, and 10 Hz laser-induced incandescence (LII) imaging of soot particles. OH-PLIF images showed that the reaction zone widens with dilution, and that regions with high OH-LIF signal shift from the shear layer to the axis of the burner as dilution increases. Dilution is effective at mitigating soot formation within the central recirculation zone (CRZ), as evident by the smaller PAH-containing regions and the much weaker LII signal. Dilution is also effective at halting PAH and soot propagation downstream of the dilution air injection point. The high momentum dilution air circulates upstream to the root of the flame and reduces fuel penetration lengths, induces fast mixing, and increases velocities within the CRZ. Soot intermittency increased with high dilution velocities and dilution jet distances up to two bluff body diameters from the burner inlet, with detection probabilities of < 5% compared to 50% without dilution. These results reveal that soot formation and oxidation within the RQL are dependant on the amount and location of dilution air injected. This data can be used to validate turbulent combustion models for soot.

中文翻译：

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实验室规模的富-急-稀 (RQL) 燃烧器中碳烟产生和氧化的实验研究

从烟尘排放的角度研究了在大气压下与下游径向注入稀释空气的涡流稳定、湍流、非预混乙烯-空气火焰。稀释空气射流的速度和位置系统地变化，而全局当量比保持恒定在 0.3。所采用的激光诊断包括 OH 的 5 kHz 平面激光诱导荧光 (PLIF)、10 Hz PAH-PLIF 和烟灰颗粒的 10 Hz 激光诱导白炽 (LII) 成像。OH-PLIF 图像显示反应区随着稀释而变宽，并且随着稀释的增加，具有高 OH-LIF 信号的区域从剪切层转移到燃烧器的轴。稀释可有效减少中央再循环区 (CRZ) 内的烟灰形成，从较小的含 PAH 区域和较弱的 LII 信号可以看出这一点。稀释还可以有效地阻止 PAH 和稀释空气注入点下游的烟灰传播。高动量稀释空气向上游循环到火焰根部，减少燃料穿透长度，引起快速混合，并增加 CRZ 内的速度。烟灰的间歇性随着高稀释速度和稀释喷射距离的增加而增加，距离燃烧器入口最多两个钝体直径，检测概率 < 5%，而没有稀释时为 50%。这些结果表明，RQL 内的碳烟形成和氧化取决于注入的稀释空气的数量和位置。该数据可用于验证烟尘的湍流燃烧模型。稀释还可以有效地阻止 PAH 和稀释空气注入点下游的烟灰传播。高动量稀释空气向上游循环到火焰根部，减少燃料穿透长度，引起快速混合，并增加 CRZ 内的速度。烟灰的间歇性随着高稀释速度和稀释喷射距离的增加而增加，距离燃烧器入口最多两个钝体直径，与没有稀释的 50% 相比，检测概率 < 5%。这些结果表明，RQL 内的碳烟形成和氧化取决于注入的稀释空气的数量和位置。该数据可用于验证烟尘的湍流燃烧模型。稀释还可以有效地阻止 PAH 和稀释空气注入点下游的烟灰传播。高动量稀释空气向上游循环到火焰根部，减少燃料穿透长度，引起快速混合，并增加 CRZ 内的速度。烟灰的间歇性随着高稀释速度和稀释喷射距离的增加而增加，距离燃烧器入口最多两个钝体直径，检测概率 < 5%，而没有稀释时为 50%。这些结果表明，RQL 内的碳烟形成和氧化取决于注入的稀释空气的数量和位置。该数据可用于验证烟尘的湍流燃烧模型。高动量稀释空气向上游循环到火焰根部，减少燃料穿透长度，引起快速混合，并增加 CRZ 内的速度。烟灰的间歇性随着高稀释速度和稀释喷射距离的增加而增加，距离燃烧器入口最多两个钝体直径，检测概率 < 5%，而没有稀释时为 50%。这些结果表明，RQL 内的碳烟形成和氧化取决于注入的稀释空气的数量和位置。该数据可用于验证烟尘的湍流燃烧模型。高动量稀释空气向上游循环到火焰根部，减少燃料穿透长度，引起快速混合，并增加 CRZ 内的速度。烟灰的间歇性随着高稀释速度和稀释喷射距离的增加而增加，距离燃烧器入口最多两个钝体直径，检测概率 < 5%，而没有稀释时为 50%。这些结果表明，RQL 内的碳烟形成和氧化取决于注入的稀释空气的数量和位置。该数据可用于验证烟尘的湍流燃烧模型。5% 与未稀释的 50% 相比。这些结果表明，RQL 内的碳烟形成和氧化取决于注入的稀释空气的数量和位置。该数据可用于验证烟尘的湍流燃烧模型。5% 与未稀释的 50% 相比。这些结果表明，RQL 内的碳烟形成和氧化取决于注入的稀释空气的数量和位置。该数据可用于验证烟尘的湍流燃烧模型。