RU2169311C1 - Method of combustion control in chamber - Google Patents
Method of combustion control in chamber Download PDFInfo
- Publication number
- RU2169311C1 RU2169311C1 RU2000109201A RU2000109201A RU2169311C1 RU 2169311 C1 RU2169311 C1 RU 2169311C1 RU 2000109201 A RU2000109201 A RU 2000109201A RU 2000109201 A RU2000109201 A RU 2000109201A RU 2169311 C1 RU2169311 C1 RU 2169311C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- combustion
- discharge
- degree
- chamber
- turbulence
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано для управления процессами горения в камерах, которое широко используется в различных устройствах пульсирующего и детонационного горения. The invention relates to power engineering and can be used to control combustion processes in chambers, which is widely used in various pulsating and detonation combustion devices.
Известны способы управления горением путем изменения параметров турбулентности, например, наложением внешних колебаний на область горения [1], применением дополнительных трубчатых и ленточных турбулизаторов, устанавливаемых в каналах [2]. Известен также способ управления неустойчивостью горения дуговым разрядом, создаваемым источником тока с выходным импедансом, изменяющимся в зависимости от задачи управления [3]. Однако способы управления процессами горения с помощью наложения внешних колебаний на область горения и способ управления горением дуговым разрядом неэффективны при управлении процессами происходящими в двигающейся самоускоряющейся волне фронта горения. Первый из них применяется только для изменения параметров турбулентности, если фронт горения локализован в ограниченной области, например на горелочном устройстве. Второй, так как дуговой разряд не может двигаться вместе с фронтом горения вследствие его контрагирования в плазменный шнур, неэффективен при управлении горением в камерах. Способы, связанные с применением дополнительных механических турбулизаторов, устанавливаемых в каналах, могут только повышать степень турбулизации процесса, следовательно, их возможности ограничены. Кроме того, вследствие статистических свойств турбулентности газовых потоков, создаваемых дополнительными механическими турбулизаторами, применение данного способа управления дает значительный статистический разброс регулируемых параметров. Known methods of controlling combustion by changing the parameters of turbulence, for example, by superimposing external oscillations on the combustion region [1], using additional tubular and tape turbulators installed in the channels [2]. There is also known a method of controlling the instability of combustion by an arc discharge created by a current source with an output impedance that varies depending on the control task [3]. However, methods of controlling combustion processes by superimposing external oscillations on the combustion region and a method of controlling combustion by an arc discharge are ineffective in controlling processes occurring in a moving self-accelerating wave of the combustion front. The first of them is used only to change the turbulence parameters if the combustion front is localized in a limited area, for example, on a burner device. The second, since the arc discharge cannot move together with the combustion front due to its contraction into the plasma cord, is ineffective in controlling combustion in the chambers. The methods associated with the use of additional mechanical turbulators installed in the channels can only increase the degree of turbulization of the process, therefore, their capabilities are limited. In addition, due to the statistical properties of the turbulence of gas flows created by additional mechanical turbulators, the use of this control method gives a significant statistical spread of adjustable parameters.
Наиболее близким по механизму воздействия на зону горения к предлагаемому является способ управления горением воздействием на степень турбулентности [2] фронта горения применением дополнительных турбулизаторов. При этом воздействие осуществляют как на фронт горения, так и на всю среду в камере. Этот способ обладает вышеперечисленными недостатками. The closest by the mechanism of influence on the combustion zone to the proposed one is a method of controlling combustion by influencing the degree of turbulence [2] of the combustion front using additional turbulators. In this case, the effect is carried out both on the combustion front and on the entire medium in the chamber. This method has the above disadvantages.
Заявляемое изобретение решает задачу создания способа управления процессами горения в камере, позволяющего в зависимости от задачи управления замедлять или ускорять движение волны фронта горения. The claimed invention solves the problem of creating a method of controlling the combustion processes in the chamber, which allows depending on the control task to slow down or accelerate the movement of the wave of the combustion front.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является обеспечение воздействия на степень турбулентности фронта горения с возможностью как увеличения, так и уменьшения ее, но позволяет воздействовать на величину акустического давления в камере сгорания, ускоряя или замедляя тем самым движение волны фронтa горения. Кроме того, заявляемый способ расширяет ассортимент средств управления процессами горения в камере. The technical result achieved by using the claimed invention is to provide an impact on the degree of turbulence of the combustion front with the possibility of both increasing and decreasing it, but it can affect the value of the acoustic pressure in the combustion chamber, accelerating or slowing down the movement of the wave of the combustion front. In addition, the inventive method extends the range of controls for combustion processes in the chamber.
Этот технический результат достигается тем, что при управлении процессом горения в камере воздействием на степень турбулентности фронта горения воздействие осуществляют формированием в камере диффузного электрического разряда, согласованного со структурой фронта горения так, что при стабилизации разряда по току увеличивают степень турбулизации, а при стабилизации разряда по напряжению уменьшают степень турбулизации. This technical result is achieved by the fact that when controlling the combustion process in the chamber by influencing the degree of turbulence of the combustion front, the effect is carried out by forming a diffuse electric discharge in the chamber, which is consistent with the structure of the combustion front so that when the discharge is stabilized, the degree of turbulence is increased, and when the discharge is stabilized, voltage reduces the degree of turbulization.
Особенностью предлагаемого способа является то, что в камере сгорания возбуждают диффузный электрический разряд, который благодаря согласованности с гидродинамической структурой фронта горения перемещается вместе с фронтом горения. Механизм воздействия на степень турбулизации фронта горения заключается в следующем: при возбуждении стабилизированного по току диффузионного разряда переменное тепловыделение, связанное с разрядом, отстает по фазе от фазы переменного тепловыделения связанного с горением, и фазы акустического давления, поддерживаемого химическими процессами, на угол больше π/2. Это приводит к уменьшению уровня акустического давления в канале и соответственно к уменьшению степени турбулизации зоны горения. Время распространения волны фронта горения затягивается. При возбуждении в канале стабилизированного по напряжению диффузного разряда сдвиг фаз становится меньше π/2, акустическое давление, наоборот, увеличивается, и увеличивается степень турбулизации фронта горения, распространение волны фронта горения ускоряется. A feature of the proposed method is that a diffuse electric discharge is excited in the combustion chamber, which, due to the consistency with the hydrodynamic structure of the combustion front, moves together with the combustion front. The mechanism of influence on the degree of turbulization of the combustion front is as follows: upon excitation of a current-stabilized diffusion discharge, the variable heat generation associated with the discharge lags behind the phase of the variable heat generation associated with combustion and the phase of the acoustic pressure supported by chemical processes is greater than π / 2. This leads to a decrease in the level of acoustic pressure in the channel and, accordingly, to a decrease in the degree of turbulization of the combustion zone. The propagation time of the wave of the combustion front is delayed. When a voltage-stabilized diffuse discharge is excited in the channel, the phase shift becomes less than π / 2, the acoustic pressure, on the contrary, increases, the degree of turbulence of the combustion front increases, and the propagation of the wave of the combustion front accelerates.
Описанный способ может быть реализован с помощью устройства, схема которого приведена на фиг. 1. The described method can be implemented using a device, a diagram of which is shown in FIG. 1.
Устройство включает в себя закрытую с одного конца трубы камеру 1 в виде прямоугольного сечения. Две противоположные стенки грубы изготовлены из металла и одновременно служат электродами 2, между которыми возбуждают диффузный разряд 8 от источника питания 7 с изменяющимся импедансом. Две другие стенки прямоугольной трубы были выполнены из непроводящего материала, например, из органического стекла. Горючую смесь готовят динамическим способом. Пропан, воздух и дополнительный кислород подают в камеру через смеситель 3. Воспламенение горючей смеси осуществляют искрой у закрытого конца 4 трубы. Давление регистрируют пьезокерамическим датчиком давления 5 через усилитель у закрытого конца трубы. Скорость распространения пламени фиксировалась двумя фотоумножителями 6 через окна шириной 1 мм. Сигналы с выхода усилителя датчика давления, фотоумножителей и источника питания поступали через аналого-цифровой преобразователь в память компьютера, где в дальнейшем и обрабатывались. The device includes a
Способ осуществляется следующим образом. Горючую смесь подают в камеру 1 через смеситель 3, воспламеняют смесь искрой у закрытого конца 4 трубы. Одновременно воздействуют на турбулентность фронта пламени стабилизированным по току (для уменьшения степени турбулентности) или по напряжению (для увеличения степени турбулентности) диффузным разрядом 8, который перемещается в камере вместе с фронтом горения. О влиянии диффузного разряда (стабилизированного по току или напряжению) судят по осциллограммам акустического давления, полученным с помощью датчика 5, а также осциллограммам скорости распространения пламени, полученным с помощью фотоумножителей. The method is as follows. The combustible mixture is fed into the
Примеры конкретного выполнения способа демонстрируют фиг. 2-6. Examples of a specific embodiment of the method are shown in FIG. 2-6.
Действие электрических разрядов, стабилизированных по току или напряжению на зону горения пропановоздушных и пропанокислородных смесей в трубах, происходит по-разному и существенно зависит от способа стабилизации электрического диффузного разряда и в некоторой степени от химического состава смеси. На фиг. 2 приведены осциллограммы давления, записанные при поджигании искрой пропановоздушных смесей различного состава у закрытого конца трубы при наложении стабилизированного по току разряда: а,б - содержание C3H8 - 3,2%: в, г - 4,0%; а,в - без разряда; б,г - с разрядом в соответствии с заявляемым изобретением. Как видно из приведенных осциллограмм, воздействие стабилизированного по току разряда наиболее сильно для стехиометрических смесей. Давление в этом случае уменьшается почти в два раза. Более наглядно воздействие электрических разрядов как результата воздействия на степень турбулентности фронта горения проявляется при регистрации скорости распространения фронта горения, которая регистрировалась как средняя скорость распространения по всей длине грубы по сигналам двух фотоумножителей. Результаты показывают, что скорость распространения пламени стехиометрических смесей уменьшается более чем в два раза. Наблюдается эффект затягивания времени ускорения фронта пламени.The action of electric discharges stabilized by current or voltage on the combustion zone of propane-air and propane-oxygen mixtures in pipes occurs in different ways and substantially depends on the method of stabilization of the electric diffuse discharge and to some extent on the chemical composition of the mixture. In FIG. Figure 2 shows the pressure oscillograms recorded when a spark was ignited with propane-air mixtures of various compositions at the closed end of the pipe when a current-stabilized discharge was applied: a, b — C 3 H 8 content — 3.2%: c, d — 4.0%; a, b - without discharge; b, d - with discharge in accordance with the claimed invention. As can be seen from the given oscillograms, the effect of a current-stabilized discharge is most pronounced for stoichiometric mixtures. The pressure in this case is almost halved. More clearly, the effect of electric discharges as a result of the effect on the degree of turbulence of the combustion front is manifested when recording the propagation velocity of the combustion front, which was recorded as the average propagation velocity over the entire length of the coarse by the signals of two photomultipliers. The results show that the flame propagation rate of stoichiometric mixtures decreases by more than two times. The effect of delaying the acceleration time of the flame front is observed.
Преддетонационная длина для пропановоздушных смесей значительно больше, чем для пропанокислородных. Поэтому для выяснения влияния разрядов на характерные преддетонационные процессы управление процессом горения в камере проводилось для смесей, обогащенных кислородом при поджигании у закрытого конца грубы. На фиг. 3 приведены осциллограммы колебаний давления для стехиометрической пропанокислородной смеси, разбавленной на 60% азотом: 3а - без разряда, 3б - с разрядом. Как видно из осциллограмм, интенсивность колебаний давления в случае наложения на зону горения стабилизированного по току разряда (фиг. 3б) уменьшается на 20%, но время нарастания амплитуды колебаний давления но сравнению с временем нарастания без разряда увеличивается почти в два раза, то есть в высокоэнергитичных смесях также происходит затягивание преддетонационного периода. Последнее демонстрируется зависимостями отношения скоростей распространения ускоряющегося фронта пламени в стехиометрических пропановоздушнокислородных смесях с разрядом и без разряда в зависимости от процентного содержания азота в кислороде, полученных с помощью обработки сигналов двух фотоумножителей (фиг. 4 - график зависимости отношения средней скорости распространения пламени с разрядом к скорости без разряда), расположенных на расстоянии 200 мм друг от друга и отстоящих от закрытого конца на расстоянии 700 мм. The pre-knock length for propane-air mixtures is much greater than for propane-oxygen mixtures. Therefore, to elucidate the effect of discharges on characteristic pre-knock processes, the combustion process in the chamber was controlled for mixtures enriched with oxygen upon ignition at the closed end. In FIG. Figure 3 shows the oscillograms of pressure fluctuations for a stoichiometric propane-oxygen mixture diluted with 60% nitrogen: 3a - without discharge, 3b - with discharge. As can be seen from the oscillograms, the intensity of the pressure fluctuations in the case of applying a current-stabilized discharge to the combustion zone (Fig. 3b) decreases by 20%, but the rise time of the amplitude of the pressure fluctuations almost doubles compared to the rise time without discharge, i.e. High-energy mixtures also delay the pre-knock period. The latter is demonstrated by the dependences of the ratio of the propagation velocity of the accelerating flame front in stoichiometric propane-air oxygen mixtures with and without discharge, depending on the percentage of nitrogen in oxygen obtained by processing the signals of two photomultipliers (Fig. 4 is a graph of the relationship between the average flame propagation velocity and discharge to velocity without discharge) located at a distance of 200 mm from each other and spaced from the closed end at a distance of 700 mm.
Видно, что для низкоэнергетичных смесей средняя скорость распространения ускоряющегося фронта пламени в электрическом разряде больше, чем без разряда. С увеличением процентного содержания кислорода относительная скорость становится меньше единицы, то есть тоже проявляется эффект затягивания преддетонационных процессов. It is seen that for low-energy mixtures, the average propagation velocity of the accelerating flame front in an electric discharge is greater than without a discharge. With an increase in the percentage of oxygen, the relative velocity becomes less than unity, that is, the effect of delaying pre-knock processes also manifests itself.
Для подтверждения взаимодействия, стабилизированного по напряжению разряда, согласованного с движущимся фронтом горения, проводились измерения по определению скорости распространения пламени вдоль трубы. Скорости определялась с помощью двух фотоумножителей, расположенных на фиксированном расстоянии 0,1 м друг от друга и которые как целое передвигались вдоль оси трубы. График распределения скорости приведен на фиг. 5 (зависимость локальной скорости распространения пламени от положения фронта пламени в трубе для стехиометрической пропанокислородной смеси, разбавленной на 72% азотом: 1 - без разряда, 2 - стабилизированный по току разряд, 3 - стабилизированный по напряжению). Из фиг. 5 видно, что под действием стабилизированного по напряжению разряда происходит увеличение степени турбулентности фронта пламени, а значит, и увеличение скорости пламени на выходе грубы более чем на 30%. При приближении скорости распространения волны горения к скорости звука наложение разрядов на зону горения стабилизированных по току или напряжению в разных точках переходного участка может как увеличивать, так и уменьшать локальную скорость распространения. Причем общая тенденция по уменьшению турбулентной скорости горения (стабилизированный по току разряд) или увеличению (стабилизированный по напряжению разряд) сохраняется. To confirm the interaction, stabilized by the discharge voltage, consistent with the moving combustion front, measurements were carried out to determine the flame propagation velocity along the pipe. The speeds were determined using two photomultipliers located at a fixed distance of 0.1 m from each other and which as a whole moved along the axis of the pipe. The velocity distribution graph is shown in FIG. 5 (dependence of the local flame propagation velocity on the position of the flame front in the pipe for a stoichiometric propane-oxygen mixture diluted by 72% with nitrogen: 1 — no discharge, 2 — current-stabilized discharge, 3 — voltage-stabilized). From FIG. Figure 5 shows that under the action of a voltage-stabilized discharge, an increase in the degree of turbulence of the flame front occurs, which means that an increase in the flame velocity at the exit is coarse by more than 30%. When approaching the propagation velocity of the combustion wave to the speed of sound, the superposition of discharges on the combustion zone stabilized by current or voltage at different points of the transition section can both increase and decrease the local propagation velocity. Moreover, the general tendency to reduce the turbulent burning rate (current-stabilized discharge) or increase (voltage-stabilized discharge) is maintained.
Влияние разрядов на степень турбулизации фронта горения подтверждается исследованиями по визуализации зоны горения на начальной стадии воздействия диффузного разряда. На фиг. 6 (фрагменты шлирен фильма распространения волны горения в канале прямоугольного сечения: а - без разряда, б - с разрядом I = 10 мА) показано, что при воздействии разряда (фиг. 6б), стабилизированного по току, степень турбулизации зоны горения в канале уменьшается по сравнению со случаем распространения пламени без разряда (фиг. 6а). The effect of discharges on the degree of turbulization of the combustion front is confirmed by studies on visualization of the combustion zone at the initial stage of the effect of a diffuse discharge. In FIG. 6 (fragments of a schlieren film of the propagation of a combustion wave in a rectangular channel: a - without discharge, b - with a discharge of I = 10 mA) it is shown that when a discharge is stabilized (Fig. 6b), the degree of turbulization of the combustion zone in the channel decreases compared with the case of flame propagation without discharge (Fig. 6a).
Приведенные примеры показывают, что с помощью диффузных разрядов можно управлять процессами горения при инициировании детонации в каналах, причем воздействие осуществляется посредством управления степенью турбулизации фронта горения. The above examples show that with the help of diffuse discharges it is possible to control the combustion processes upon initiation of detonation in the channels, and the effect is carried out by controlling the degree of turbulization of the combustion front.
Источники информации
1. Aвторское свидетельство SU 556281, кл. F 23 N 5/00, 1977.Sources of information
1. Copyright certificate SU 556281, cl. F 23 N 5/00, 1977.
2. Aвторское свидетельство SU 1244423, кл. F 23 C 11/04, F 23 R 7/00, 1986. 2. Copyright certificate SU 1244423, cl. F 23 C 11/04, F 23 R 7/00, 1986.
3. Aвторское свидетельство SU 270666, кл. B 061/20, 1987. 3. Copyright certificate SU 270666, cl. B 061/20, 1987.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000109201A RU2169311C1 (en) | 2000-04-12 | 2000-04-12 | Method of combustion control in chamber |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000109201A RU2169311C1 (en) | 2000-04-12 | 2000-04-12 | Method of combustion control in chamber |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2169311C1 true RU2169311C1 (en) | 2001-06-20 |
Family
ID=20233270
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000109201A RU2169311C1 (en) | 2000-04-12 | 2000-04-12 | Method of combustion control in chamber |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2169311C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2670636C1 (en) * | 2016-09-30 | 2018-10-24 | Сименс Акциенгезелльшафт | Turbulent flows measuring |
US11175039B2 (en) | 2016-09-30 | 2021-11-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Regulating turbulent flows |
-
2000
- 2000-04-12 RU RU2000109201A patent/RU2169311C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1244428 A2, 15.07.1986. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2670636C1 (en) * | 2016-09-30 | 2018-10-24 | Сименс Акциенгезелльшафт | Turbulent flows measuring |
RU2670636C9 (en) * | 2016-09-30 | 2018-12-04 | Сименс Акциенгезелльшафт | Turbulent flows measuring |
US10260746B2 (en) | 2016-09-30 | 2019-04-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Combustion device with a side duct for measuring turbulent flows |
US10352562B2 (en) | 2016-09-30 | 2019-07-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Combustion device with a side duct for measuring turbulent flows |
US11175039B2 (en) | 2016-09-30 | 2021-11-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Regulating turbulent flows |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5112510B2 (en) | Pulse detonation engine operating with air-fuel mixture | |
Schadow et al. | Active combustion control in a coaxial dump combustor | |
Chao et al. | The propagation mechanism of high speed turbulent deflagrations | |
KR102086894B1 (en) | Oxygen-fuel burner with cavity-actuated mixing | |
RU2169311C1 (en) | Method of combustion control in chamber | |
Candel et al. | Flame interactions as a source of noise and combustion instabilities | |
Kozlov et al. | Stability of subsonic microjet flows and combustion | |
Zheng et al. | Acceleration of DDT by non-thermal plasma in a single-trial detonation tube | |
US11493207B2 (en) | Auto-driven plasma actuator for transition from deflagration to detonation combustion regime and method | |
Gutmark et al. | Closed-loop control in a flame and a dump combustor | |
Chan et al. | Stages of flame acceleration and detonation transition in a thin channel filled with stoichiometric ethylene/oxygen mixture | |
Choi et al. | Stabilization of a combustion process near lean blow off by an electric discharge | |
RU2343651C1 (en) | Pulse-periodic plasmatron | |
Aslanov et al. | Oscillatory combustion of air suspensions | |
Terao et al. | Cellular pattern formation in detonation waves as a stochastic phenomenon | |
Ebieto et al. | Methane/Hydrogen/Air Flame Oscillations in Open Ended Tubes | |
RU2767237C1 (en) | Method for organizing diffusion combustion of a microjet of gaseous fuel | |
Kobayashi et al. | Influences of multi spark discharge on lean ignition for premixed propane/air mixtures under turbulent environment | |
Kossyi et al. | Combustion of methane-oxygen and methane-oxygen-CFC mixtures initiated by a high-current slipping surface discharge | |
Garanin et al. | Effect of constant and pulsed-periodic electric fields on combustion of a propane-air mixture | |
RU2774001C1 (en) | Method for ignition and stabilization of combustion of fuel-air mixture by pulse optical quasi-stationary discharges and its implementation device | |
Krasnochub et al. | Rapid combustion achievement by nanosecond barrier discharge | |
Terao | Gaseous Detonation Waves | |
Ershov et al. | Mechanisms of transversal electric discharge sustantion in supersonic air and propane-air flows | |
SU706649A1 (en) | Method of combusting gaseous fuel |