Abstract This paper reports the experimental study on lean ignition (LI) and lean blow-off (LB) behaviour of butyl butyrate-based biofuels in a gas turbine combustor. The butyl butyrate-based biofuels were formulated (butyl butyrate–ethanol blends with the volume percentage of ethanol 0, 10%, 30%, 50% respectively, named BE-0, BE-10, BE-30, BE-50). The aviation kerosene RP-3 was also tested as a reference fuel. A combustor of an aero-engine was fabricated to conduct experiments on these fuels. The statistic method Design of Experiments (DoE) was employed to correlate LI and LB with fuel properties and operating conditions, and then analyse the significance of these experimental variables. The results indicated that all test biofuels had lower equivalence ratio of LI than RP-3, but the LB between RP-3 and the biofuels of high ethanol fraction (30% and 50%) had no appreciable difference at low air flow rate. The results also demonstrated that fuels with high ethanol fractions tended to ignite and blow off the flame at higher equivalence ratios. Meanwhile, the equivalence ratio of both LI and LB decreased at high inlet air flow rate for all the test fuels. RP-3 could combust under a larger range of air conditions yet its stability was more sensitive to air flow rate than test biofuels. Two predictive equations of LI and LB were obtained via Design of Experiments (DoE) and demonstrated that the lower heating value (LHV) of fuels, air pressure drop in the combustor, fuel pressure and inlet air pressure of the combustor were the main factors influencing LI and LB.

中文翻译：

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丁酸丁酯和乙醇混合物在燃气轮机燃烧器中的稀燃和吹气行为

摘要 本文报道了基于丁酸丁酯的生物燃料在燃气轮机燃烧器中的贫燃（LI）和贫燃（LB）行为的实验研究。配制了丁酸丁酯基生物燃料（丁酸丁酯-乙醇混合物，乙醇的体积百分比分别为 0、10%、30%、50%，命名为 BE-0、BE-10、BE-30、BE-50）。航空煤油 RP-3 也作为参考燃料进行了测试。制造了一个航空发动机的燃烧室来对这些燃料进行实验。采用统计方法设计实验 (DoE) 将 LI 和 LB 与燃料特性和操作条件相关联，然后分析这些实验变量的显着性。结果表明，所有测试生物燃料的 LI 当量比均低于 RP-3，但 RP-3 与高乙醇比例（30% 和 50%）的生物燃料之间的 LB 在低空气流速下没有明显差异。结果还表明，乙醇含量高的燃料倾向于在较高的当量比下点燃和熄灭火焰。同时，对于所有测试燃料，LI 和 LB 的当量比在高入口空气流速下均降低。RP-3 可以在更大范围的空气条件下燃烧，但与测试生物燃料相比，其稳定性对空气流速更敏感。通过实验设计 (DoE) 得到了 LI 和 LB 的两个预测方程，表明燃料的低热值 (LHV)、燃烧室空气压降、燃料压力和燃烧室入口空气压力是影响燃烧器的主要因素。李和 LB。结果还表明，乙醇含量高的燃料倾向于在较高的当量比下点燃和熄灭火焰。同时，对于所有测试燃料，LI 和 LB 的当量比在高入口空气流速下均降低。RP-3 可以在更大范围的空气条件下燃烧，但与测试生物燃料相比，其稳定性对空气流速更敏感。通过实验设计 (DoE) 得到了 LI 和 LB 的两个预测方程，表明燃料的低热值 (LHV)、燃烧室空气压降、燃料压力和燃烧室入口空气压力是影响燃烧器的主要因素。李和 LB。结果还表明，乙醇含量高的燃料倾向于在较高的当量比下点燃和熄灭火焰。同时，对于所有测试燃料，LI 和 LB 的当量比在高入口空气流速下均降低。RP-3 可以在更大范围的空气条件下燃烧，但与测试生物燃料相比，其稳定性对空气流速更敏感。通过实验设计 (DoE) 得到了 LI 和 LB 的两个预测方程，表明燃料的低热值 (LHV)、燃烧室空气压降、燃料压力和燃烧室入口空气压力是影响燃烧器的主要因素。李和 LB。对于所有测试燃料，LI 和 LB 的当量比在高入口空气流速下均降低。RP-3 可以在更大范围的空气条件下燃烧，但与测试生物燃料相比，其稳定性对空气流速更敏感。通过实验设计 (DoE) 得到了 LI 和 LB 的两个预测方程，表明燃料的低热值 (LHV)、燃烧室空气压降、燃料压力和燃烧室入口空气压力是影响燃烧器的主要因素。李和 LB。对于所有测试燃料，LI 和 LB 的当量比在高入口空气流速下均降低。RP-3 可以在更大范围的空气条件下燃烧，但与测试生物燃料相比，其稳定性对空气流速更敏感。通过实验设计 (DoE) 得到了 LI 和 LB 的两个预测方程，表明燃料的低热值 (LHV)、燃烧室空气压降、燃料压力和燃烧室入口空气压力是影响燃烧器的主要因素。李和 LB。