当前位置: X-MOL 学术Proc. Combust. Inst. › 论文详情
Our official English website, www.x-mol.net, welcomes your feedback! (Note: you will need to create a separate account there.)
Numerical analysis of flame shape bifurcation in a two-stage swirled liquid burner using Large Eddy Simulation
Proceedings of the Combustion Institute ( IF 3.4 ) Pub Date : 2020-11-06 , DOI: 10.1016/j.proci.2020.06.044
Léo C.C. Mesquita , Aymeric Vié , Laurent Zimmer , Sébastien Ducruix

A flame shape bifurcation in the liquid-fueled two-stage swirled BIMER combustor is studied using Large Eddy Simulations. This combustor, developed at the EM2C Laboratory to study Lean Premixed Prevaporized (LPP) burners, is composed of a two-stage injection system: a central swirled pilot stage fueled with a pressure-swirl atomizer, to sustain a piloting flame, and an outer swirled stage fed with a multi-point injection, to generate the LPP regime. After ignition in the pilot-only operating condition, a V flame is stabilized near the Inner Shear Layer (ISL). When switching to multipoint-only injection, a flame shape transition is observed and the flame bifurcates into a M-shape. In this work, we identify the mechanisms that lead to this bifurcation, and we show that the transition is driven by a complex coupling between the flame, the chamber acoustics and the ISL vortices. By switching to a multipoint-only injection, the fuel is essentially given to the ISL flame, which is mainly premixed. Because of the increased heat release rate and thanks to positive Rayleigh criterion, the quarter wave mode of the chamber is promoted. The ISL vortices, locked to this mode, increase in size until they are large enough to merge the flame in the CRZ, the radial momentum budget forcing the flow topology to switch to a bubble-like structure. Therefore, these results show that it is the existence of two possible flow topologies that renders this flame shape transition possible, the instability being responsible for transferring sufficient energy to the flow to enable the transitioning and the flame then changing its shape simply to adapt to the new topology.



中文翻译:

基于大涡模拟的两级涡旋液体燃烧器火焰形状分叉的数值分析

使用大型涡模拟研究了液体燃料两级回旋BIMER燃烧器中的火焰形状分叉。该燃烧器是在EM2C实验室开发的,用于研究稀薄预混预蒸发(LPP)燃烧器,它由两级喷射系统组成:中央涡旋引燃级,由压力旋流雾化器提供燃料,以维持引燃火焰,以及外部涡旋级进料多点注入,以产生LPP方案。在仅飞行员操作的条件下点火后,V火焰在内部剪切层(ISL)附近稳定。当切换到仅多点喷射时,观察到火焰形状过渡,并且火焰分叉成M形。在这项工作中,我们确定了导致这种分叉的机制,并证明了过渡是由火焰之间的复杂耦合驱动的,室内声学和ISL涡流。通过切换到仅多点喷射,可以将燃料基本上提供给主要进行预混合的ISL火焰。由于增加的放热率和正瑞利准则,促进了腔室的四分之一波模式。锁定到此模式的ISL涡流的大小不断增加,直到它们大到足以将火焰合并到CRZ中为止,径向动量预算迫使流动拓扑切换为气泡状结构。因此,这些结果表明,存在两种可能的流动拓扑,使这种火焰形状过渡成为可能,这种不稳定性负责将足够的能量传递到流中,以使火焰过渡,然后火焰改变形状以简单地适应火焰。新的拓扑。通过切换到仅多点喷射,可以将燃料基本上提供给主要进行预混合的ISL火焰。由于增加的放热率和正瑞利准则,促进了腔室的四分之一波模式。锁定到此模式的ISL涡流的大小不断增加,直到它们大到足以将火焰合并到CRZ中为止,径向动量预算迫使流动拓扑切换为气泡状结构。因此,这些结果表明,存在两种可能的流动拓扑,使这种火焰形状过渡成为可能,这种不稳定性负责将足够的能量传递到流中,以使火焰过渡,然后火焰改变形状以简单地适应火焰。新的拓扑。通过切换到仅多点喷射,可以将燃料基本上提供给主要进行预混合的ISL火焰。由于增加的放热率和正瑞利准则,促进了腔室的四分之一波模式。锁定到此模式的ISL涡流会增大大小,直到它们大到足以将火焰合并到CRZ中为止,径向动量预算迫使流动拓扑切换为气泡状结构。因此,这些结果表明,存在两种可能的流动拓扑,使这种火焰形状过渡成为可能,这种不稳定性负责将足够的能量传递到流中,以使火焰过渡,然后火焰改变形状以简单地适应火焰。新的拓扑。燃料实际上是提供给ISL火焰的,该火焰主要是预先混合的。由于增加的放热率和正瑞利准则,促进了腔室的四分之一波模式。锁定到此模式的ISL涡流的大小不断增加,直到它们大到足以将火焰合并到CRZ中为止,径向动量预算迫使流动拓扑切换为气泡状结构。因此,这些结果表明,存在两种可能的流动拓扑,使这种火焰形状过渡成为可能,这种不稳定性负责将足够的能量传递到流中,以使火焰过渡,然后火焰改变形状以简单地适应火焰。新的拓扑。燃料实际上是提供给ISL火焰的,该火焰主要是预先混合的。由于增加的放热率和正瑞利准则,促进了腔室的四分之一波模式。锁定到此模式的ISL涡流的大小不断增加,直到它们大到足以将火焰合并到CRZ中为止,径向动量预算迫使流动拓扑切换为气泡状结构。因此,这些结果表明,存在两种可能的流动拓扑,使这种火焰形状过渡成为可能,这种不稳定性负责将足够的能量传递到流中,以使火焰过渡,然后火焰改变形状以简单地适应火焰。新的拓扑。提升了腔室的四分之一波模式。锁定到此模式的ISL涡流的大小不断增加,直到它们大到足以将火焰合并到CRZ中为止,径向动量预算迫使流动拓扑切换为气泡状结构。因此,这些结果表明,存在两种可能的流动拓扑,使这种火焰形状过渡成为可能,这种不稳定性负责将足够的能量传递到流中,以使火焰过渡,然后火焰改变形状以简单地适应火焰。新的拓扑。提升了腔室的四分之一波模式。锁定到此模式的ISL涡流的大小不断增加,直到它们大到足以将火焰合并到CRZ中为止,径向动量预算迫使流动拓扑切换为气泡状结构。因此,这些结果表明,存在两种可能的流动拓扑,使这种火焰形状过渡成为可能,这种不稳定性负责将足够的能量传递到流中,以使火焰过渡,然后火焰改变形状以简单地适应火焰。新的拓扑。

更新日期:2020-11-06
down
wechat
bug