Girdap vanesinden geçen akışın PIV yöntemi ile incelenmesi

Özet

Kararlı bir girdap yardımı ile alev stabilizasyonu birçok yanma sisteminde özellikle de gaz türbin motorların yanma odalarında sıklıkla kullanılan bir yöntemdir. Bu tür akışlar aynı zamanda kimyasal proseslerde ısı ve kütle transferini artırmak amaçlı da kullanılırlar. İstenilen girdap yapısını oluşturmak üzere akış bir girdap vanesinden geçirilerek, akışa teğet yönde de bir hız bileşeni kazandırılır. Bu çalışmada girdap sayısı 0,74 olacak şekilde tasarlanmış eksenel bir girdap vanesinden geçen soğuk akışın ani bir genişleme düzlemine ulaştıktan sonra oluşturduğu akış yapısı parçacık görüntülemeli hız ölçümü tekniği ile incelenmektedir. Akış içerisinde ters akışlardan ve incelenen akışın doğasından kaynaklı diğer bir takım sebeplerden ötürü parçacık yoğunluğu bölgeden bölgeye önemli miktarda değişmekte ve sinyal gürültü oranı zayıf olmaktadır. Bu sebeple hız vektörleri hesaplanırken her bir sorgulama penceresinde korelasyon fonksiyonun ardışık görüntülerdeki ortalaması alınmış, vektör bu ortalama korelasyonun tepe noktası kullanılarak hesaplanmıştır. Ölçümler sonucunda alev tutucu merkez cismin hemen üzerinde kararlı bir ana yeniden dolaşım bölgesinin oluştuğu gözlenmiştir. Bunun yanı sıra jet akışının her iki tarafında da ani genişlemeden kaynaklı zayıf ikincil yeniden dolaşım bölgeleri oluşmaktadır. Bu yapılar sayesinde tepkimeli akışta alevin genişleme düzlemi üzerinde kararlı şekilde tutunabileceği sonucuna varılması mümkündür.

Abstract

Flame stabilization with the help of a stable vortex is used in many combustion systems and especilly in gas turbine combustors. Such flows are also used in chemical processes in order to enhance heat and mass transfer. In order to establish the desired swirl pattern flow is passed through a swirl vane providing it with tangential momentum. In this study, flow past a swirl vane designed such that its siwrl number would be adjusted to 0.74, and reaching to a sudden expansion is examined with the particle image velocimetry technique. Seed particle density within the flow changes considerably from one region to another within the flow due tor everse flows and other complexities of the flow under investigation resulting in poor signal to noise ratio. For this reason, when calculating the velocity vectors average cross correlation is taken and mean vectors are computed from the peak point of this averaged cross correlation. As a consequence of measurements a stable re-circulation zone is observed just downstream of the flame holder center body. Moreover secondary weak re-circulation zones are observed either side of the jet flow due to sudden expansion. Due to these flow stuructures in can be concluded that the flame may be held in a stable manner for the reacting flow case.