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Estudio de las inestabilidades de combustión en un quemador estabilizado por giro mediante velocimetría por imagen de partículas (PIV)

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Publication date
2010-07
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2010-07-27
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El presente proyecto trata sobre el estudio del comportamiento de un flujo a la salida de un quemador estabilizado por giro, centrándose especialmente en las propiedades de transición que conseguirían sostener condiciones de combustión, estabilizando la llama a la salida de la tobera. Para dicho análisis se han llevado acabo dos tipos de estudios. Por un lado, el del campo acústico cercano, ya que para determinadas condiciones se producen picos acústicos que indican la existencia de cierta inestabilidad periódica. Por otro lado, se lleva a cabo un estudio del comportamiento del flujo a la salida del quemador mediante velocimetría por imágenes de partículas (PIV) estereoscópica. Esta técnica de medida láser no intrusiva proporciona los campos instantáneos de las tres componentes de la velocidad en un plano. Con ello, se han identificado los diferentes tipos de flujos que se desarrollan, analizando el ángulo de apertura, los perfiles de velocidad y las zonas de recirculación. Los resultados obtenidos mediante velocimetría por imágenes de partículas han permitido explicar el fenómeno fluido-dinámico que da origen al comportamiento acústico tan marcado del quemador en determinadas condiciones de número de Reynolds y de Swirl. Se han observado y estudiado unas calles de torbellinos que se generan cuando el flujo está sometido a mucho giro, revelando la existencia de una importante inestabilidad en este tipo de flujos. Con objeto de una mejor comprensión de las técnicas y equipos utilizados, se definen las características y el funcionamiento de los quemadores estabilizados por giro, los fundamentos del PIV, los sistemas de adquisición de imágenes, una serie de generalidades de los láseres así como la descripción de todas las instalaciones utilizadas en el laboratorio. ____________________________________________________________________________________
The present project is to study the behaviour of a flow at the exit of a swirl stabilized burner, focusing especially on the transition conditions that would achieve to support combustion conditions, stabilizing the flame in the nozzle exit. For this analysis have been conducted two types of studies. On the one hand, the acoustic near field, because in certain conditions the presence of acoustic peaks indicate the existence of periodic instability in the flow. On the other hand, a study of flow performance at the exit of the burner using stereo particle imaging velocimetry (PIV). This measurement technique provides non-intrusive laser fields of the three instantaneous velocity components in a plane. With this data, we identified different types of flows that are developed by analyzing the opening angle, velocity profiles and recirculation zones. The results obtained by PIV allow us to explain the fluid-dynamic phenomenon that origins to the special acoustic performance of the burner under certain conditions of Reynolds and Swirl numbers. It has been observed and studied the formation of vortex streets that are generated when the flow is subject to much swirl, revealing the existence of considerable instability in these types of flows. To understand the techniques and equipment used, we define the characteristics and performance of swirl stabilized burners, fundamentals of PIV, the imaging systems, generalizations of lasers and a description of all facilities used in the laboratory.
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Keywords
Dinámica de fluidos, Combustión, Velocimetría por imágenes de partículas
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