Суперструктуры в диффузионных струйных пламенах при низких числах Рейнольдса

Представлены результаты экспериментального исследования гидродинамики диффузионного горения углеводородных и водородных струй. Рассмотрены режимы развития неустойчивости как в самом струйном пламени, так и внутри источника струи горючего. Опыты проведены при истечении дозвуковой газовой струи в воздушное пространство из длинной трубок диаметром 3.2–8 мм в диапазоне чисел Рейнольдса 200 – 13500.

Гильберт-визуализация динамики струйного пламени при возникновении в потоке турбулентных суперструктур: а, б – топливо H2/CO2, Re =1800, ХH2 = 24%; в, г, д ,е  – C3H8/воздух, ХC3H8 = 25%; Re = 1610, в – изотермический поток.

Впервые экспериментально установлено существование локализованных крупномасштабных турбулентных структур (l=10d – 20d) в диффузионных пламенах при горении углеводородов, водорода  и их смесей (пропан-бутан, С3Н8 + CO2, С3Н8 + He, H2 + He, H2 + CO2). Установлены условия существования таких структур: истечение топливной смеси из длинных осесимметричных каналов (l/d >100) в диапазоне чисел Рейнольдса Re = 1800 – 3000. Установлен механизм возникновения этих структур за счет формирования вихревых образований типа «puff» и «slug» в процессе ламинарно-турбулентного перехода внутри канала. Впервые экспериментально показано, что крупномасштабные турбулентные структуры оказывают глобальное влияние на топологию и динамику диффузионных пламен.  Так, например, с помощью крупномасштабных вихревых структур можно перевести присоединенное пламя в отсоединенное и наоборот. В предельном случае, при определенном сочетании параметров, турбулентные пятна вызывают срыв пламени. Обнаруженные явления указывают на возможность создания методов тонкого управления пространственно-временной структурой и термодинамическими параметрами факела.

ИТ СО РАН, к. т. н. Леманов В.В., тел.: (383) 330-71-21, к. т. н. Лукашов В.В., тел.: 8(383)316-50-41.