Feed-back control of the precessing vortex core in swirl-stabilized flames to exploit its direct impact on flame dynamics, thermoacoustic instabilities and emissions.

旋流稳定火焰中进动涡核的反馈控制,以利用其对火焰动力学、热声不稳定性和排放的直接影响。

基本信息

项目摘要

Since the discovery of the precessing vortex core (PVC), as a typical coherent structure in swirling flows, numerous investigations have been conducted to study its properties in reacting and non-reacting flows. Until today, there is no clear evidence concerning directly usable effects of this fluid dynamic phenomenon on swirl-stabilized combustion as it is applied in industrial gas turbines. The primary reason for this knowledge gap is connected to the lack of possibilities to control the PVC precisely. The present research project aims to develop a feed-back control system, which allows for experimental control of the PVC at its point of origin in a targeted and precise way. Based on the foregoing project, findings of the linear hydrodynamic stability analysis about the formation of the PVC are applied in this context. After construction, implementation and calibration of the active flow control system in the generic combustion chamber test rig, experiments on turbulent swirl-stabilized flames will be conducted. Applying the control system for open-loop measurements provides insight into the lock-in behaviour of the PVC and serves to find the optimal position for actuation. The following investigations employing feed-back control allow for effective suppression of the PVC. The PVC can be described as a stable limit cycle; therefore, the system dynamics can be brought to its unstable fixed point by feed-back control. For this reason, different states of the PVC can be investigated so that this type of active flow control enables the chance to employ the PVC as an additional control parameter for the properties of reacting and non-reacting swirl-stabilized flows. In the following course of the project, the explicit influence of the PVC on flame dynamics, thermoacoustic instability and pollutant formation in swirl-stabilized combustion will be investigated.
由于发现了进攻涡流核(PVC)作为旋转流中的典型相干结构,因此已经进行了许多研究以研究其在反应和不反应流中的特性。直到今天,还没有明确的证据表明这种流体动态现象对旋转稳定的燃烧的直接可用效应,因为它在工业燃气轮机中应用。这种知识差距的主要原因与缺乏精确控制PVC的可能性有关。本研究项目旨在开发馈回控制系统,该系统允许以目标和精确的方式对PVC进行实验控制。基于上述项目,在这种情况下应用了有关PVC形成的线性流体动力稳定性分析的结果。施工后,将在通用燃烧室测试钻机中进行主动流控制系统的实现和校准,将进行湍流旋转稳定火焰的实验。将控制系统应用于开环测量结果,可以洞悉PVC的锁定行为,并有助于找到驱动的最佳位置。采用喂养控制的以下调查允许有效抑制PVC。 PVC可以描述为稳定的极限周期。因此,可以通过馈回控制将系统动力学带到其不稳定的固定点。因此,可以研究PVC的不同状态,以便这种类型的活动流控制使得有机会使用PVC作为反应和不反应旋转稳定流的属性的附加控制参数。在项目的下一个过程中,将研究PVC对火焰动力学,热声不稳定和污染物形成的明确影响。

项目成果

期刊论文数量(8)
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Müller;Lückoff;Paredes;Theofilis;Oberleithner
  • 通讯作者:
    Oberleithner
Characterization of Different Actuator Designs for the Control of the Precessing Vortex Core in a Swirl-Stabilized Combustor
旋流稳定燃烧器中进动涡核控制的不同执行器设计的表征
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