Πειραματική διερεύνηση του λόγου χημειοφωταύγειας OH*/CH* σε αεροδυναμικά σταθεροποιημένες φλόγες, με διαστρωμάτωση του εισερχόμενου μείγματος
Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται, αρχικά, το θεωρητικό υπόβαθρο για την κατανόηση της φαινομενολογίας του ισόθερμου και του αντιδρώντος πεδίου που σχηματίζονται στην εκροή δύο ομοαξονικών ροών υψηλού λόγου ταχυτήτων. Πέρα των ανωτέρω παρουσιάζονται και αναλύονται τα τελικά αποτελέσματα...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/23429 |
| id |
nemertes-10889-23429 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Χημειοφωταύγεια Ανακυκλοφορία Διαστρωμάτωση Ομοαξονική ροή Chemiluminescence FTIR Recirculation Stratification Coaxial flow |
| spellingShingle |
Χημειοφωταύγεια Ανακυκλοφορία Διαστρωμάτωση Ομοαξονική ροή Chemiluminescence FTIR Recirculation Stratification Coaxial flow Πάνου, Σταύρος Μάριος Πειραματική διερεύνηση του λόγου χημειοφωταύγειας OH*/CH* σε αεροδυναμικά σταθεροποιημένες φλόγες, με διαστρωμάτωση του εισερχόμενου μείγματος |
| description |
Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται, αρχικά, το θεωρητικό υπόβαθρο για την κατανόηση της φαινομενολογίας του ισόθερμου και του αντιδρώντος πεδίου που σχηματίζονται στην εκροή δύο ομοαξονικών ροών υψηλού λόγου ταχυτήτων. Πέρα των ανωτέρω παρουσιάζονται και αναλύονται τα τελικά αποτελέσματα που ελήφθησαν μέσω πειραματικών μετρήσεων του ισόθερμου πεδίου ανάμειξης και της εκπεμπόμενης χημειοφωταύγειας των αντιδρωσών ροών.
Οι διαστρωματοποιημένες φλόγες που μελετήθηκαν σταθεροποιούνται αεροδυναμικά σε πειραματική εγκατάσταση ομοαξονικών ροών, η οποία σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε στο Εργαστήριο Τεχνικής Θερμοδυναμικής & Εφαρμογών Στατιστικής Μηχανικής. Στην πειραματική αυτή εγκατάσταση διοχετεύεται αέρας χαμηλής ταχύτητας μέσω εσωτερικού κυλινδρικού αγωγού και καύσιμο ποικίλων παροχών υπό διαφορετικά ύψη έγχυσης, για τον έλεγχο της διαστρωμάτωσης του μείγματος. Αέρας υψηλής ταχύτητας ρέει στον εξωτερικό κυλινδρικό ομοαξονικό αγωγό, ώστε εξαιτίας της αλληλεπίδρασης των δύο ρευμάτων υψηλού λόγου ταχυτήτων να δημιουργηθεί μια κεντρική ζώνη ανακυκλοφορίας σε απόσταση κατάντη του επιπέδου εξόδου, η οποία θα αποτελέσει την περιοχή αγκίστρωσης της φλόγας. Χάρη αυτής της διάταξης επιτυγχάνεται αεροδυναμική σταθεροποίηση τυρβώδους διαστρωματοποιημένης φλόγας που εξασφαλίζει την ευσταθή καύση φτωχού μείγματος αέρα-προπανίου.
Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται, επίσης, οι κατανομές του σχετικού λόγου καυσίμου-αέρα στην περιοχή κατάντη της πειραματικής εγκατάστασης, όπως αυτές ελήφθησαν με χρήση της φασματοσκοπίας υπερύθρου με μετασχηματισμό Fourier (FTIR). Ακόμη, αναλύεται η επίδραση του ύψους έγχυσης του καυσίμου στη διαστρωμάτωση του μείγματος ανάντη της περιοχής σταθεροποίησης της φλόγας. Εν συνεχεία, χρησιμοποιούνται μετρήσεις χημειοφωταύγειας (OH* και CH*) για την εκτίμηση της επίδρασης των διαφορετικών επιπέδων διαστρωμάτωσης του εισερχόμενου μείγματος στην τοπολογία των υπό μελέτη φλογών. Τέλος, γίνεται προσπάθεια συσχέτισης του σχετικού λόγου καυσίμου-αέρα με το λόγο των διεγερμένων ριζικών OH*/CH* της φλόγας. Η συσχέτιση αυτή αξιολογήθηκε σε σχέση με αντίστοιχη μαθηματική εξίσωση της βιβλιογραφίας από πειραματικά δεδομένα στρωτών φλογών, καταδεικνύοντας την εγκυρότητα και τις προοπτικές της μεθοδολογίας που ακολουθήθηκε στην παρούσα εργασία για την εκτίμηση του λόγου ισοδυναμίας μέσω των εκπομπών χημειοφωταύγειας. |
| author2 |
Panou, Stavros Marios |
| author_facet |
Panou, Stavros Marios Πάνου, Σταύρος Μάριος |
| author |
Πάνου, Σταύρος Μάριος |
| author_sort |
Πάνου, Σταύρος Μάριος |
| title |
Πειραματική διερεύνηση του λόγου χημειοφωταύγειας OH*/CH* σε αεροδυναμικά σταθεροποιημένες φλόγες, με διαστρωμάτωση του εισερχόμενου μείγματος |
| title_short |
Πειραματική διερεύνηση του λόγου χημειοφωταύγειας OH*/CH* σε αεροδυναμικά σταθεροποιημένες φλόγες, με διαστρωμάτωση του εισερχόμενου μείγματος |
| title_full |
Πειραματική διερεύνηση του λόγου χημειοφωταύγειας OH*/CH* σε αεροδυναμικά σταθεροποιημένες φλόγες, με διαστρωμάτωση του εισερχόμενου μείγματος |
| title_fullStr |
Πειραματική διερεύνηση του λόγου χημειοφωταύγειας OH*/CH* σε αεροδυναμικά σταθεροποιημένες φλόγες, με διαστρωμάτωση του εισερχόμενου μείγματος |
| title_full_unstemmed |
Πειραματική διερεύνηση του λόγου χημειοφωταύγειας OH*/CH* σε αεροδυναμικά σταθεροποιημένες φλόγες, με διαστρωμάτωση του εισερχόμενου μείγματος |
| title_sort |
πειραματική διερεύνηση του λόγου χημειοφωταύγειας oh*/ch* σε αεροδυναμικά σταθεροποιημένες φλόγες, με διαστρωμάτωση του εισερχόμενου μείγματος |
| publishDate |
2022 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/23429 |
| work_keys_str_mv |
AT panoustaurosmarios peiramatikēdiereunēsētoulogouchēmeiophōtaugeiasohchseaerodynamikastatheropoiēmenesphlogesmediastrōmatōsētoueiserchomenoumeigmatos AT panoustaurosmarios experimentalinvestigationoftheohchchemiluminescenceratioinaerodynamicallystabilizedflameswithinletmixturestratification |
| _version_ |
1771297297365204992 |
| spelling |
nemertes-10889-234292022-10-19T03:37:07Z Πειραματική διερεύνηση του λόγου χημειοφωταύγειας OH*/CH* σε αεροδυναμικά σταθεροποιημένες φλόγες, με διαστρωμάτωση του εισερχόμενου μείγματος Experimental investigation of the OH*/CH* chemiluminescence ratio in aerodynamically stabilized flames, with inlet mixture stratification Πάνου, Σταύρος Μάριος Panou, Stavros Marios Χημειοφωταύγεια Ανακυκλοφορία Διαστρωμάτωση Ομοαξονική ροή Chemiluminescence FTIR Recirculation Stratification Coaxial flow Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται, αρχικά, το θεωρητικό υπόβαθρο για την κατανόηση της φαινομενολογίας του ισόθερμου και του αντιδρώντος πεδίου που σχηματίζονται στην εκροή δύο ομοαξονικών ροών υψηλού λόγου ταχυτήτων. Πέρα των ανωτέρω παρουσιάζονται και αναλύονται τα τελικά αποτελέσματα που ελήφθησαν μέσω πειραματικών μετρήσεων του ισόθερμου πεδίου ανάμειξης και της εκπεμπόμενης χημειοφωταύγειας των αντιδρωσών ροών. Οι διαστρωματοποιημένες φλόγες που μελετήθηκαν σταθεροποιούνται αεροδυναμικά σε πειραματική εγκατάσταση ομοαξονικών ροών, η οποία σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε στο Εργαστήριο Τεχνικής Θερμοδυναμικής & Εφαρμογών Στατιστικής Μηχανικής. Στην πειραματική αυτή εγκατάσταση διοχετεύεται αέρας χαμηλής ταχύτητας μέσω εσωτερικού κυλινδρικού αγωγού και καύσιμο ποικίλων παροχών υπό διαφορετικά ύψη έγχυσης, για τον έλεγχο της διαστρωμάτωσης του μείγματος. Αέρας υψηλής ταχύτητας ρέει στον εξωτερικό κυλινδρικό ομοαξονικό αγωγό, ώστε εξαιτίας της αλληλεπίδρασης των δύο ρευμάτων υψηλού λόγου ταχυτήτων να δημιουργηθεί μια κεντρική ζώνη ανακυκλοφορίας σε απόσταση κατάντη του επιπέδου εξόδου, η οποία θα αποτελέσει την περιοχή αγκίστρωσης της φλόγας. Χάρη αυτής της διάταξης επιτυγχάνεται αεροδυναμική σταθεροποίηση τυρβώδους διαστρωματοποιημένης φλόγας που εξασφαλίζει την ευσταθή καύση φτωχού μείγματος αέρα-προπανίου. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται, επίσης, οι κατανομές του σχετικού λόγου καυσίμου-αέρα στην περιοχή κατάντη της πειραματικής εγκατάστασης, όπως αυτές ελήφθησαν με χρήση της φασματοσκοπίας υπερύθρου με μετασχηματισμό Fourier (FTIR). Ακόμη, αναλύεται η επίδραση του ύψους έγχυσης του καυσίμου στη διαστρωμάτωση του μείγματος ανάντη της περιοχής σταθεροποίησης της φλόγας. Εν συνεχεία, χρησιμοποιούνται μετρήσεις χημειοφωταύγειας (OH* και CH*) για την εκτίμηση της επίδρασης των διαφορετικών επιπέδων διαστρωμάτωσης του εισερχόμενου μείγματος στην τοπολογία των υπό μελέτη φλογών. Τέλος, γίνεται προσπάθεια συσχέτισης του σχετικού λόγου καυσίμου-αέρα με το λόγο των διεγερμένων ριζικών OH*/CH* της φλόγας. Η συσχέτιση αυτή αξιολογήθηκε σε σχέση με αντίστοιχη μαθηματική εξίσωση της βιβλιογραφίας από πειραματικά δεδομένα στρωτών φλογών, καταδεικνύοντας την εγκυρότητα και τις προοπτικές της μεθοδολογίας που ακολουθήθηκε στην παρούσα εργασία για την εκτίμηση του λόγου ισοδυναμίας μέσω των εκπομπών χημειοφωταύγειας. In the present Diploma Thesis, the theoretical background for the understanding of the phenomenology of the isothermal and the reactive field formed at the outlet of two high-speed coaxial flows is, initially, presented. In addition, the final results obtained through experimental measurements of the isothermal and mixing field and the emitted chemiluminescence of the reacting flow are presented and analyzed. The studied stratified flames are aerodynamically stabilized in an experimental coaxial flow facility designed and developed at the Laboratory of Thermodynamics & Statistical Applications. In this experimental setup, low-velocity air is injected through an inner cylindrical duct and fuel of varying mass flow rates is supplied under different injection heights to control mixture stratification. High-velocity air flows into the outer cylindrical coaxial duct so that, due to the interaction of the two high-ratio streams, a central recirculation zone is created at a distance downstream of the exit plane, which forms a reverse flow region where the flame is anchored. Thanks to this arrangement, aerodynamic stabilization of a turbulent stratified flame is achieved, which ensures stable combustion of lean propane-air mixtures. This study also presents the distributions of the equivalence ratio values in the area downstream of the experimental facility, as obtained using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The effect of the fuel injection height on the stratification of the mixture upstream of the flame stabilization region is also analyzed. Chemiluminescence measurements (OH* and CH*) were then used to assess the effect of different stratification levels of the incoming mixture on the topology of the flames under study. Finally, an attempt was made to correlate the relative air-fuel ratio with the ratio of excited radicals OH*/CH* of the flame. This correlation was evaluated in relation to a corresponding literary mathematical equation derived from experimental data on laminar premixed flames, demonstrating the validity and prospects of the methodology followed in the present work, to estimate the effective equivalence ratio through chemiluminescence emissions. 2022-10-18T05:19:41Z 2022-10-18T05:19:41Z 2022-10-18 https://hdl.handle.net/10889/23429 el CC0 1.0 Universal http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ application/pdf |
