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Premixed flame propagation in a free straight vortex

Ausbreitung von vorgemischten Flammen in einem freien, geraden Wirbel

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Abstract

The paper presents experimental and numerical investigations of the Combustion Induced Vortex Breakdown (CIVB) in a free straight turbulent vortex. The velocity field was measured using the Laser-Doppler Velocimetry (LDV) and Particle Image Velocimetry (PIV) methods. The flame propagation is estimated from analysis of pictures taken by a high speed camera. Numerical simulations have been performed using the Large Eddy Simulations (LES). Two different types of the flame propagation along the vortex were identified depending on the equivalence ratio and the swirl number. It was shown that the Combustion Induced Vortex Breakdown takes place if the swirl number exceeds a certain threshold at a constant value of the equivalence ratio. LES simulations confirmed the fact that the CIVB appears in the vortex configuration considered. Detailed analysis of the LES data allows to estimate contributions of different physical mechanisms to the CIVB.

Zusammenfassung

Dieser Artikel stellt experimentelle und numerische Untersuchungen des Verbrennungsinduzierten Wirbelaufplatzens (Combustion Induced Vortex Breakdown, CIVB) in einem freien, geraden Wirbel vor. Das Geschwindigkeitsfeld wurde mit Hilfe von Laser-Doppler-Anemometrie (LDA) und Particle-Image-Velocimetry (PIV) vermessen. Die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit wurde aus Hochgeschwindigkeits-Filmaufnahmen abgeschätzt. Die numerischen Simulationen basieren auf der Large-Eddy-Simulation (LES). Zwei verschiedene Arten der Flammenausbreitung entlang des Wirbels wurden identifiziert, abhängig vom Äquivalenzverhältnis und der Drallzahl. Es wurde gezeigt, dass das Verbrennungsinduzierte Wirbelaufplatzen auftritt, wenn die Drallzahl eine kritischen Schwelle bei konstantem Äquivalenzverhältnis überschreitet. Die LES-Simulationen haben bestätigt, dass CIVB in dem untersuchten Fall auftritt. Eine detaillierte Analyse der LES-Daten erlaubt es, die Beiträge unterschiedlicher physikalischer Mechanismen zum CIVB abzuschätzen.

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Authors and Affiliations

  1. Lehrstuhl für Technische Thermodynamik, Universität Rostock, Albert-Einstein-Str. 2, 18059, Rostock, Deutschland

    Hannes Kröger, Nikolai Kornev, Detlef Wendig & Egon Hassel

Authors
  1. Hannes Kröger
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  2. Nikolai Kornev
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  3. Detlef Wendig
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  4. Egon Hassel
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Kröger, H., Kornev, N., Wendig, D. et al. Premixed flame propagation in a free straight vortex . Forsch Ingenieurwes 72, 85–92 (2008). https://doi.org/10.1007/s10010-008-0070-3

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