Effervescent Breakup and Combustion of Liquid Fuels: Experiment and Modelling
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Tato práce se zaměřuje na oblast effervescentních sprejů a jejich aplikace na kapalné spalování s důrazem na průmyslové spalovací komory. Oba aspekty – modelování a experiment – jsou řešeny. Práce obsahuje obecný úvod, ve kterém jsou vysvětleny základní jevy rozpadu kapaliny a vířivého spalování a dále je představena effervescentní atomizace. Poté jsou popsány použité experimentální postupy jak pro měření spreje, tak pro měření tepelných toků do stěn při spalování. V následující kapitole jsou popsány numerické modely a jejich podstata je vysvětlena. Jsou zde uvedeny modely pro rozpad spreje, turbulenci a spalování použité během výzkumu. Vlastní výsledky práce jsou uvedeny formou samostatných článků (vydaných nebo přijatých) s dodatečnou částí věnovanou nepublikovaným relevantním výsledkům. Bylo zjištěno, že standardní modely sprejů jsou do jisté míry schopny popsat effervescentní spreje. Nicméně aby bylo možné predikovat plamen kapalného spreje, jsou zapotřebí detailnější modely sprejů, které dokáží přesně zachytit změnu průměrů kapek v radiálním a axiálním směru. Experimentální měření effervescentních sprejů bylo provedeno pomocí navrhnuté metodiky. Výsledky měření byly analyzovány s důrazem na radiální a axiální vývoj průměrů kapek a některé nové jevy byly popsány. Nepřímá úměrnost mezi gas-liquid-ratio a středním průměrem kapek byla potvrzena. Dále by popsán jev, kdy pro různé axiální vzdálenosti které dojde k úplnému převrácení závislosti středního průměru na axiální vzdálenosti. V závěru je uvedeno shrnutí, které rekapituluje hlavní výsledků a závěry. V závěrečných poznámkách je nastíněn možný budoucí postup. Experimentální data pro ověřování budoucích effervescentních modelů jsou poskytnuta.
This thesis presents an investigation of effervescent sprays and their application to spray combustion with emphasis on large-scale combustors. Both aspects – modelling and experiment – are addressed. The thesis contains a general introductory part, where underlying phenomena of spray forming and turbulent combustion are explained and effervescent atomization is presented. Then, adopted experimental approaches are described both for the spray measurement and for the measurement of wall heat fluxes during combustion experiments. In the following chapter numerical models and their philosophy is discussed. Models for spray formation, turbulence and combustion adopted during the research are introduced and explained. The actual results of the thesis are presented in form of separate papers (published or accepted for publication) with an additional section devoted to unpublished relevant results. It is found that standard spray models can to some extent represent effervescent sprays. However, in order to predict a spray flame more detailed spray models are needed in order to describe accurately radial and axial variations of drop sizes. Numerous experimental measurements of effervescent sprays are performed using a proposed methodology. Drop size data are analysed with emphasis on radial and axial drop size evolutions and some new phenomena are described. The inverse relationship between gas-liquid-ratio and mean diameter has been confirmed. Moreover a complete reversal in radial mean diameter trends for various axial locations has been described. Finally, a result summary is put forward that recapitulates the main accomplishments and conclusions. In the closing remarks possible future research is outlined. Experimental data for future effervescent model validations are disclosed.
This thesis presents an investigation of effervescent sprays and their application to spray combustion with emphasis on large-scale combustors. Both aspects – modelling and experiment – are addressed. The thesis contains a general introductory part, where underlying phenomena of spray forming and turbulent combustion are explained and effervescent atomization is presented. Then, adopted experimental approaches are described both for the spray measurement and for the measurement of wall heat fluxes during combustion experiments. In the following chapter numerical models and their philosophy is discussed. Models for spray formation, turbulence and combustion adopted during the research are introduced and explained. The actual results of the thesis are presented in form of separate papers (published or accepted for publication) with an additional section devoted to unpublished relevant results. It is found that standard spray models can to some extent represent effervescent sprays. However, in order to predict a spray flame more detailed spray models are needed in order to describe accurately radial and axial variations of drop sizes. Numerous experimental measurements of effervescent sprays are performed using a proposed methodology. Drop size data are analysed with emphasis on radial and axial drop size evolutions and some new phenomena are described. The inverse relationship between gas-liquid-ratio and mean diameter has been confirmed. Moreover a complete reversal in radial mean diameter trends for various axial locations has been described. Finally, a result summary is put forward that recapitulates the main accomplishments and conclusions. In the closing remarks possible future research is outlined. Experimental data for future effervescent model validations are disclosed.
Description
Citation
BROUKAL, J. Effervescent Breakup and Combustion of Liquid Fuels: Experiment and Modelling [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2014.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Konstrukční a procesní inženýrství
Comittee
doc. Ing. Zdeněk Skála, CSc. (předseda)
prof. Dr.-habil. Jiří Klemeš, DSc., dr. h. c. (člen)
prof. Ing. Jan Jedelský, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Petr Stehlík, CSc., dr. h. c. (člen)
Ing. Jan Pokorný, CSc. (člen)
Ing. Pavel Seichter, CSc. (člen)
Ing. Dušan Vincour, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2014-06-26
Defence
DDP je zaměřena na výzkum rozprašování kapalin u dvou mediových trysek typu effervescent a výzkumu atmosferického spalování s využitím ET trysek. Experimentální výzkum, numerická simulace v uvedeném oboru jsou současnou náplní světových výzkumných laboratoří. Praktické důsledky dokonalého spalování výrazně ovlivňují ekonomiku energ. provozu a významně přispívají k ochraně životního prostředí.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení