Физическое моделирование процессов переноса в камерах сгорания с закруткой потока тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Чикишев Леонид Михайлович

• Чикишев Леонид Михайлович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Чикишев Леонид Михайлович

Введение

Глава 1. Современное состояние проблемы

1.1. Общие подходы к снижению выбросов

1.2. Структура течения в камере сгорания с закруткой потока

1.3. Методы оптической диагностики процессов горения

1.4. Организация и конструкция экспериментальных стендов

Заключение по Главе

Глава 2. Экспериментальные стенды и методы измерений

2.1. Модельная камера сгорания цилиндрической геометрии со сменными завихрителями

2.2. Модельная камера сгорания цилиндрической геометрии с двухконтурным фронтовым устройством

2.3. Модельная камера сгорания с плоскими стенками с двухконтурным фронтовым устройством

Глава 3. Результаты исследования структуры течения в модельной камере сгорания цилиндрической геометрии со сменными завихрителями при атмосферном давлении

3.1. Результаты исследования изотермического течения

3.2 Результаты исследования обедненных пламен

Заключение по Главе

Глава 4. Результаты исследования структуры течения и процессов смесеобразования в модельной камере сгорания при реалистичных значениях числа Рейнольдса

Заключение по Главе

Глава 5. Результаты исследования процессов переноса и горения в модельной камере сгорания ГТУ с плоскими стенками

5.1. Результаты исследования изотермического течения за фронтовым устройством

5.2. Когерентные пульсации скорости и концентрации за фронтовым устройством

5.3 Результаты измерений при горении газофазного топлива при повышенном

давлении

Заключение по Главе

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список публикаций по теме диссертации

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Физическое моделирование процессов переноса в камерах сгорания с закруткой потока»

Введение

При проектировании современных энергетических и транспортных газотурбинных двигателей наибольшую сложность представляет разработка «горячей части». В частности, современные вычислительные инструменты не позволяют достоверно предсказывать даже общий тренд - снижение или рост выбросов КОх, после внесения изменений в конструкцию КС ГТУ и фронтового устройства. В связи с этим большую важность представляет получение достоверных экспериментальных данных, позволяющих верифицировать используемые численные коды, а также способные выявлять особенности механизмов стабилизации пламени в КС ГТУ. С данной точки зрения представляется целесообразным проведение детальных экспериментальных исследований в модельных камерах сгорания с оптическим доступом в условиях близких к натурным по температуре и давлению. Применение панорамных оптических методов диагностики потоков позволяет за достаточно малое время получать массив экспериментальных данных о структуре течения, положении фронта пламени и характеристиках массопереноса, необходимых для верификации моделей численного расчета, а также позволяет выявлять особенности механизма стабилизации пламени.

В настоящей диссертационной работе представлены результаты экспериментальных исследований газового горения в модельных камерах сгорания с оптическим доступом, полученные методами анемометрии по изображениям частиц, высокоскоростной регистрации хемилюминесценции радикалов, а также плоскостной лазерно-индуцированной флуоресценции. Представленные результаты получены впервые в РФ.

Актуальность темы исследования обусловлена острой необходимостью создания и развития отечественных образцов современной газотурбинной техники, удовлетворяющих высоким экологическим требованиям. В настоящее время наиболее перспективной технологией с точки зрения снижения вредных выбросов

является сжигание «бедной» топливовоздушной смеси (с избытком воздуха). Однако применение данной технологии сталкивается с рядом существенных проблем, без решения которых создание эффективного и надежного оборудования не представляется возможным. Пламя «бедной» смеси достаточно сложно стабилизировать в широком диапазоне расходов, что необходимо для эффективной работы на режимах помимо номинального. В условиях камеры сгорания могут возникать термо-акустические явления, которые приводят к режимам вибрационного горения и могут приводить как к погасанию или проскоку пламени внутрь горелочного устройства, так и к разрушению конструктивных элементов камеры сгорания.

Так, в настоящее время для двигателей большой мощности данная технология реализована в мире только двумя компаниями: General Electric и RollsRoyce. Работы по созданию двигателя большой тяги в РФ ведутся АО «ОДК-Авиадвигатель» в рамках программы ПД-35.

В процессе разработки современных камер сгорания широко применяются методы численного моделирования процессов смесеобразования и горения как жидкого, так и газообразного топлива. При этом имеющихся вычислительных мощностей явно недостаточно для проведения достоверных расчетов в реальной геометрии как методами прямого численного моделирования, так и методом крупных вихрей. Поэтому на практике разработчиками газотурбинного оборудования используются подходы, основанные на решении уравнений Навье-Стокса, осредненных по Рейнольдсу в стационарной и нестационарной постановке. Такие подходы требуют замыкания уравнений переноса массы и импульса, поэтому крайне важно обосновать применимость градиентных моделей замыкания, используя достоверные экспериментальные данные. Кроме того, достаточно сложным является вопрос прогнозирования нестационарных явлений, связанных с наличием крупномасштабных когерентных вихревых структур в потоке. Так, при организации закрученного течения в сложной геометрии камеры сгорания ГТУ критически важным является наличие и протяженность областей возвратного течения, а также структура течения вблизи стенок жаровой трубы.

Очевидно, что при существенных затратах времени на проведение детальных расчетов, а в инженерной практике расчет, который длится более суток, считается неприемлемым, большую роль начинает играть проведение экспериментальных исследований на упрощенных моделях камер сгорания, отражающих важные особенности структуры течения и режимов подачи топлива и воздуха в камеру сгорания. При этом современный уровень развития методов оптической панорамной диагностики потоков позволяет получать в единицу времени большой массив экспериментальных данных о мгновенной структуре течения. Проведение таких экспериментов требует безусловно высокой квалификации команды из нескольких специалистов и является достаточно сложной задачей, но позволяет получить уникальную достоверную информацию, востребованную при проектировании реальных устройств.

Целью настоящей работы является анализ особенностей структуры и динамики закрученного течения, процессов переноса пассивной примеси, моделирующей топливо, и стабилизации фронта пламени в модельных камерах сгорания газотурбинного типа, в том числе в условиях близких к натурным. В ходе выполнения диссертационной работы решались следующие задачи:

- анализ гидродинамической структуры течения для изотермических и реагирующих течений с закруткой потока в модельной камере сгорания цилиндрической геометрии при умеренных числах Рейнольдса с различным значением числа закрутки потока.

- анализ структуры течения и оценка влияния турбулентного переноса и адвекции на массоперенос пассивной примеси, моделирующей топливо, в модельной камере сгорания ГТУ при натурных значениях числа Рейнольдса (до 150 000) при повышенном давлении (до 2 атм.) в изотермической постановке.

- анализ структуры течения и смесеобразования за двухконтурным фронтовым устройством в модельной камере сгорания с плоскими стенками в зависимости от схемы подачи топлива, исследование влияния температуры воздуха и давления на режимы горения в камере сгорания с двухконтурным фронтовым устройством Turbomeca.

Научная новизна.

Впервые выявлена пространственная структура и динамика спиральных вихрей в модели камеры сгорания с сильной закруткой потока. Показано, что как для изотермического течения, так и в случае с горением динамика потока определяется глобальной спиральной модой неустойчивости, выражающейся в наличии двух спиральных вихрей, расположенных во внутреннем и внешнем слоях смешения основной струи и охватывающих зону рециркуляции.

Впервые в модели камеры сгорания при реалистичных значениях числа Рейнольдса и повышенном давлении оценен вклад адвективных и конвективных членов в массоперенос, дана оценка применимости градиентных моделей замыкания уравнений переноса.

Для двухконтурного фронтового устройства измерены пульсации концентрации и напряжения Рейнольдса, проанализированы распределения функции плотности вероятности концентрации модельного топлива для различных режимов подачи топлива. Оценен вклад когерентных пульсаций скорости в распределения компонент напряжений Рейнольдса и потока Рейнольдса. Проанализированы значения когерентной и стохастической компоненты пульсаций концентрации.

Впервые проведены одновременные измерения поля скорости методом анемометрии по изображениям частиц и мгновенного положения фронта пламени методом плоскостной лазерно-индуцированной флуоресценции гидроксильного радикала в модельной камере сгорания при повышенном давлении и температуре окислителя. Анализ измеренных полей скорости для различных режимов горения газофазного топлива показал присутствие когерентных структур, соответствующих как продольным, так и поперечным модам гидродинамической неустойчивости. Показано, что возникновение термоакустических пульсаций вызвано усилением продольной моды и сопряжено с отрывом пламени, накоплением топлива в центральной зоне рециркуляции и последующим кратковременным быстрым сгоранием, что приводит к генерации интенсивных пульсаций давления.

Теоретическая и практическая значимость. В рамках данной работы разработаны и созданы экспериментальные стенды, обеспечивающие проведение исследований структуры течения, смешения и горения в модельной камере сгорания газотурбинного типа панорамными оптическими методами, в том числе при реалистичных значениях массового расхода при повышенном давлении и подогреве воздуха.

Впервые проведены одновременные измерения мгновенных полей скорости и концентрации пассивной примеси, моделирующей топливо, что позволило оценить вклад когерентных структур в массоперенос и оценить применимость градиентных моделей замыкания при решении уравнений Навье-Стокса, осредненных по Рейнольдсу для данного типа течений.

Впервые для модельного двухконтурного горелочного устройства проведены измерения структуры течения и положения фронта пламени при повышенном давлении и температуре, что позволило получить детальную информацию, необходимую для верификации применимости физико-математических моделей и валидации результатов численного моделирования процессов в камерах сгорания газотурбинного типа. Методология и методы исследования.

В работе использованы хорошо зарекомендовавшие себя в мировой практике экспериментальные методы исследования: анемометрия по изображениям частиц (Particle Image Velocimetry), в том числе с высоким временным разрешением, плоскостная лазерно-индуцированная флуоресценция (Planar Laser-Induced Fluorescence) паров ацетона и гидроксильного радикала, высокоскоростная регистрация хемилюминесценции гидроксильного радикала. Для анализа массивов экспериментальных данных были применены методы анализа стохастических динамических систем POD (Proper Orthogonal Decomposition), DMD (Dynamic Mode Decomposition) и метод главных компонент (PCA, Principal Component Analysis). Все начальные условия и рабочие параметры в ходе экспериментов задавались и контролировались с использованием сертифицированного измерительного оборудования.

На защиту выносятся:

1. Результаты экспериментального исследования структуры закрученного течения в модельной камере сгорания газотурбинного типа, позволяющие идентифицировать пространственную структуру когерентных пульсаций поля скорости.

2. Результаты экспериментального исследования структуры течения в модельной камере сгорания газотурбинного типа с двухконтурным фронтовым устройством при реалистичных значениях расхода воздуха, позволяющие оценить вклад конвективного и адвективного членов в перенос пассивной примеси, а также оценить применимость градиентной модели замыкания для уравнений переноса.

3. Результаты количественного анализа влияния вихревых структур на массоперенос и перемешивание в модельной камере сгорания газотурбинного типа с двухконтурным фронтовым устройством. Результаты исследования горения газофазного топлива при повышенном давлении и температуре, позволяющие определить гидродинамические моды неустойчивости в потоке и особенности механизма стабилизации фронта пламени.

Достоверность результатов основана на использовании верифицированных методов измерений и обработки экспериментальных данных, широко применяемых во всем мире. Кроме того, результаты измерений сопоставлялись как с результатами экспериментов, полученных другими авторами для горелочных устройств схожей геометрии, так и с результатами численного моделирования, проведенного методом крупных вихрей.

Личный вклад автора.

Постановка задач исследования осуществлялась совместно с научным руководителем академиком РАН Марковичем Д.М. Основные научные результаты и выводы, послужившие основой диссертации и выносимые на защиту, получены соискателем самостоятельно. Автор непосредственно участвовал в создании экспериментальных стендов, отладке и адаптации измерительных методик,

проведении измерений, обработке и анализе экспериментальных данных и подготовке результатов исследований к публикации.

Апробация работы. Результаты исследований неоднократно обсуждались на ряде российских и международных конференций и семинаров: Международная научная конференция «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики» (Алушта, 2009, 2012), Всероссийская конференция с международным участием «Горение твердого топлива» (Новосибирск, 2009, 2012), Международная конференция по методам аэрофизических исследований (Новосибирск, 2010, 2020, Пермь, 2016), International Symposium on Flow Visualization (Тэгу, 2010), Pacific Symposium on Flow Visualization and Image Processing (Москва, 2011), Mediterranean Combustion Symposium (Кальяри, 2011), «Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики» (Нижний Новгород, 2011), «Оптические методы исследования потоков» (Москва, 2011), International Symposium on Particle Image Velocimetry (Делфт, 2013), Pacific Symposium on Flow Visualization and Image Processing (Пусан, 2013, Неаполь, 2015), Всероссийская конференция молодых ученых «Новые нетрадиционные возобновляемые источники энергии» (Новосибирск, 2013), Научно-технический конгресс по двигателестроению (Москва, 2014), Российская национальная конференция по теплообмену (Москва,

2014), Asian Symposium on Visualization (Новосибирск, 2015), Всероссийская научно-техническая конференция «Авиадвигатели XXI века» (Москва, 2015), Всероссийская конференция с международным участием «Горение топлива: теория, эксперимент, приложения» (Новосибирск, 2015, 2021), Международный технологический форум «Инновации. Технологии. Производство» (Рыбинск,

2015), Научно-техническая конференция «Аэродинамика, термодинамика, горение в ГТД и ПВРД» (Новосибирск, 2015), Международная научно-техническая конференция «Оптические методы исследования потоков» (г. Москва, 2015), International Symposium on Combustion (Аделаида, 2021), Сибирский теплофизический семинар (Новосибирск, 2019, 2021).

Публикации.

Результаты работы представлены в 24 публикациях в рецензируемых периодических изданиях из списка, рекомендованного ВАК.

Объем и структура диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы и списка публикаций по теме диссертации. Диссертация изложена на 151 странице, включая 84 рисунка. Библиографический список литературы включает 158 наименований работ.

Глава 1. Современное состояние проблемы

1.1. Общие подходы к снижению выбросов

Наибольшее воздействие на окружающую среду и человека при работе ГТУ оказывают выбросы таких вредных веществ как оксиды азота NOx (NO и NO2), несгоревшие углеводороды, СО, оксиды серы (SOx) и твердые частицы, которые содержат дым и сажу. Влияние вредных выбросов на человека подробно описано в работе [1]. Выбросы ГТУ оказывают воздействие как на локальное качество воздуха в близи мест эксплуатации, так и вторичное воздействие, связанное с глобальными изменениями климата. Так, например, в зоне аэропортов формирование NOx достигается за счет работы двигателей самолетов, наземного оборудования и дорожного трафика. При этом вклад авиационных двигателей достигает 70-80 % от полной концентрации выбросов в аэропорту.

Рисунок 1.1.1. Глобальный прогноз трендов выбросов NOx на локальное качество

воздуха [1].

Глобальный прогноз имеющихся трендов по выбросам, которые влияют на качество воздуха, был представлен Committee of Aviation Environmental Protection (CAEP) [1]. Как показано на Рисунке 1.1.1, эмиссия NOx на высоте менее 914,4 м будет расти от 0,25 млн. тонн в 2006 году как отправной точки до величин между

0,52 млн. тонн до 0,72 млн. тонн в 2036 году. Вклад выбросов N0 за счет двигателей самолетов при движении на низких высотах приводит к формированию озона, что отражается на здоровье людей и локальном составе воздуха, в то время как на больших высотах N0 приводит к разрушению озона, что повышает уровень ультрафиолетового излучения.

Камеры сгорания газотурбинных установок, использующие традиционную схему, применяются уже на протяжении семидесяти лет. Горение инициируется в первичной зоне, где локальное соотношение топливо/окислитель близко к стехиометрическому значению, что приводит к максимальному тепловыделению. Воздух, который отбирается на входе в двигатель, затем постепенно подается в первичную, вторичную и третичную зону, чтобы достигнуть устойчивого горения, полноты сгорания и контроля распределения температуры на выходе из камеры сгорания [2]. Ранние конструкции камер сгорания имели более протяженные жаровые трубы, с соотношением размера длины ко входу более двух, что приводило к более долгому времени пребывания, чтобы обеспечить более полное сжигание и повысить таким образом эффективность горения. Широко применялись пневматические форсунки с диффузионным режимом горения, так как они имеют более широкий диапазон пределов устойчивого горения, устойчивы к проскоку пламени и позволяют двигателю работать в более широком диапазоне режимов. С другой стороны, менее равномерное перемешивание топлива и окислителя приводит к высоким локальным значениям температуры и богатой стехиометрии, что в свою очередь повышает образование КОх и образование сажи. Общий уровень выбросов таких камер сгорания (для двигателей с тягой до 26,7 кН) превышает нормы стандартов САЕР 1/1САО 1986.

За последние 40-50 лет авиационная промышленность смогла существенно снизить уровень потребления топлива, а также снизить генерацию шума, понизить выбросы СО и НС на 50 и 90 % соответственно [3]. Данный эффект достигнут главным образом за счет прорыва в технологиях создания материалов и систем охлаждения, что позволило двигателям функционировать при более высоких параметрах рабочего тела (степень сжатия и температура рабочего тела на входе в

турбину), что в свою очередь повысило тепловую эффективность и понизило удельный расход топлива. Это привело к высоким значениям температуры воздуха и давления на входе в камеру сгорания, однако несмотря на положительный экономический эффект, привело к росту выбросов NOx. До 1970-х годов, когда были разработаны двигатели с высокой степенью сжатия, вопросу образования NOx уделялось мало внимания вплоть до начала серьезных опасений, касающихся влияния на здоровье человека и изменение климата.

Первые регламентирующие документы для регулирования выбросов двигателей авиационного назначения были разработаны в 1960-1970 гг. Позднее в Международной организации гражданской авиации (ICAO) был разработан стандарт, который применяется для всех двигателей начиная с 1986 года (CAEP 1/ICAO 1986). Впоследствии ICAO разработало и опубликовало более жесткие стандарты для эмиссии NOx. Данные стандарты выступают в роли рамочных документов, определяющих развитие малоэмиссионных технологий горения, результатом чего является ужесточение требований в законодательных актах по всему миру.

Развитие концепций малоэмиссионных камер сгорания для авиационных двигателей началось с середины 1970-х годов на основе опыта, полученного при эксплуатации кольцевых камер сгорания [5]. Развитие систем подачи топлива параллельно с технологиями сжигания и оптимизацией смешения привело к появлению современных LEC (Low Emission Combustion) технологий [6, 7, 8, 9]. На Рисунке 1.1.2 представлены уровни эмиссии в зависимости от степени сжатия для различных стандартов CAEP. Следующим шагом последовало создание технологии DAC (Double Annular Combustor), которая рассматривалась в качестве альтернативы для LEC. Технология DAC сделала возможным достижение 60 % снижения выбросов в соответствии с первым стандартом ICAO, что обеспечило снижение выбросов NOx на 50 % во время круизного режима полета [3]. С целью дальнейшего снижения выбросов была предложена технология бедного частично перемешанного горения. Данная концепция была реализована в технологии TAPS (Twin Annular Premixing Swirler). Данная технология была реализована позднее как

следующее поколение для дальнейшего снижения выбросов, что позволило достигнуть снижения выбросов на 60 % по сравнению со стандартом CAEP/6. Между тем, некоторые системы на основе «rich dome combustion» технологии были реализованы, основываясь на опыте создания LEC. Типичные примеры реализации данной технологии можно видеть в двигателях Pratt & Whitney серии P&W TALON и Rolls Royce Phase 5.

Рисунок 1.1.2. Эволюция технологий малоэмиссионных камер сгорания и их уровень выбросов NOx в соответствии со стандартами ICAO [4].

При дальнейшем развитии авиационных газовых турбин будут развиваться технологии для повышения топливной эффективности за счет повышения степени сжатия (с 25 до 60-75) по сравнению с предыдущим поколением двигателей. Более высокая степень сжатия делает сложной задачу остаться на прежнем уровне выбросов NOx без изменения концепции сжигания топлива. Тем не менее, несколько новых концепций, например, таких как многоточечный впрыск (NASA), в настоящее время разрабатываются. Будущие двигатели с высокой степенью сжатия представляют собой сложную задачу для разработчиков, так как применение предварительно перемешанного горения добавляет риски самовоспламенения и проскока пламени. Данные риски могут быть снижены за

счет технологии Lean Direct Injection (бедный прямой впрыск), которая в Rolls Royce LDI находится на 7-м уровне технологической готовности.

Среди всех факторов, влияющих на формирование загрязняющих веществ в камерах сгорания газовых турбин, наиболее важным является температура пламени в первичной зоне горения. На Рисунке 1.1.3 показан уровень эмиссии в зависимости от температуры пламени: при значениях температуры до 1670 К образуется значительное количество СО, а при температурах выше 1900 К растет образование NOx, таким образом существует только узкая полоса между 1670 и 1900 К, где эмиссия NOx и СО относительно мала (25 ppmv для СО и 15 ppmv для NOx).

Рисунок 1.1.3. Эмиссия NOx и СО в зависимости от температуры [10].

Для современных двигателей с высокой степенью сжатия, чтобы повысить тепловую эффективность и понизить удельный расход топлива, область с низкой эмиссией может превратиться в точку. Базовой стратегией для ограничения вредных выбросов является контроль температуры в первичной зоне горения в пределах узкой полосы на всех режимах работы двигателя.

Снижение выбросов NOx достигается за счет ухода от стехиометрического отношения топливо/окислитель, так как максимум тепловыделения и соответственно максимальная температура возникают вблизи этих значений. Горение может быть реализовано как при дефиците окислителя (богатое горение),

так и при избытке воздуха (бедное горение). В последнем случае большая часть воздуха протекает через жаровую трубу и смешивается с топливом, таким образом достигается более низкая температура по сравнению с богатым горением. Однако данный подход связан с проблемой устойчивости пламени при низких режимах, так как горение в этом случае происходит вблизи бедного предела.

Часто используется многостадийная подача топлива, так как на низких режимах часть инжекторов может быть отключена. Таким образом, локальное эквивалентное отношение поддерживается вблизи стехиометрического в отдельных зонах, для поддержания высокой эффективности и устойчивости горения.

Глобальное отношение топливо/окислитель для богатого или бедного горения в первичной зоне дает только весьма грубую оценку для снижения выбросов. Реальные значения существенно зависят от эффективности смешения топлива и воздуха. Неудовлетворительное качество смешения может приводить к существенным пульсациям локального отношения топливо/окислитель, наличие областей с богатой смесью будет приводить к появлению локальных горячих зон, с образованием большого количества NOx и дыма. Таким образом, эффективный распыл и перемешивание топлива и окислителя необходимы для снижения эмиссии вредных веществ.

Ещё одним важным фактором, который необходимо контролировать, является время пребывания в зоне горения. С одной стороны необходимо достаточное время пребывания, чтобы снизить СО и несгоревшие углеводороды, с другой стороны, его нужно сокращать, чтобы снизить образование NOx.

1 .2. Структура течения в камере сгорания с закруткой потока

Стабилизация горения в камерах сгорания газовых турбин часто реализована при организации закрутки потока, что обеспечивает высокую эффективность поджига пламени и устойчивость горения для широкого диапазона расходов топлива и окислителя, а также компактность зоны горения [11, 12]. Организация

горения в основной зоне при значительном избытке воздуха, так называемая «dry-lean» схема, является перспективной стратегией для снижения вредных выбросов NOx и СО [13, 14, 15, 16]. Невысокая температура пламени позволяет добиться выбросов оксидов азота менее 9 ppm на 15 % О2. Существенной практической проблемой реализации «dry-lean» технологии является высокая чувствительность бедного пламени к возмущениям, что, в частности, может приводить к термоакустическому резонансу в камере сгорания [17]. Лежащие в основе этого явления механизмы определяются сложным взаимодействием между гидродинамической структурой потока, полем давления, процессами переноса и химическими реакциями, которые недостаточно изучены до сих пор.

Для закрученных течений характерно развитие центробежной неустойчивости потока, проявляющееся в случаях, когда поток поступает в камеру сгорания через область внезапного расширения. При достаточно сильной закрутке потока происходит распад вихревого ядра, сопряженный с формированием центральной зоны рециркуляции в ядре струи [18, 19] и прецессией вихревого ядра (ПВЯ) [20]. В работах [21, 22] сделан вывод, что нестационарная динамика сильно закрученных потоков вызвана возникновением автоколебаний в потоке. На сегодняшний день известно, что ПВЯ является проявлением глобальной гидродинамической неустойчивости, вызванной наличием возвратного течения в зоне рециркуляции [23, 24]. Эта когерентная структура представляет собой спиральный вихрь, который вращается вокруг зоны рециркуляции [25, 26]. В последнее время много внимания уделяется влиянию и связи процессов горения с ПВЯ. Эта когерентная вихревая структура способна влиять на устойчивость и динамику пламени [27], термоакустические неустойчивости [31, 32, 33, 34, 35, 36], а также процессы перемешивания топлива и окислителя [37, 37]. На данный момент сделаны только некоторые качественные выводы, в то время как количественное влияние ПВЯ на вышеперечисленные процессы до сих пор остается неясным. Главным открытым вопросом является возможность и необходимость эффективного управления интенсивностью ПВЯ для снижения уровня выбросов

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чикишев Леонид Михайлович, 2022 год

Список литературы

1. Introduction: Aviation Outlook ICAO Environmental Report, 2010.

2. David Abbott, Dynamics in Gas Turbine Combustors, Cranfield University, 2017.

3. Mongia H.C., Dodds W.G.A.E. Low emissions propulsion engine combustor technology evolution past, present and future, in: 24th Congress of International Council of the Aeronautical Sciences, Yokohama, Japan, Aug. 2004.

4. Madden P. in: CAEP Combustion Technology Review Process and CAEP NOx Goals, FORUM-AE, June 2014.

5. Mongia H.C. TAPS: a fourth generation propulsion combustor technology emissions, in: AIAA International Air and Space Symposium and Next 100 Years, International Air and Space Symposium, 2003

6. Roberts R., Peduzzi A., Vitti G.E. Experimental Clean Combustor Program Phase I Final Report, NASA CR-134736, October 1975.

7. Bruce T.W., Davis F.G., Kuhn T.E., Mongia H.C. Pollution Reduction Technology Program Small Jet Engines Phase I Final Report, NASA CR-135214, 1977.

8. Bahr D. W., Gleason C. C. Experimental Clean Combustor Program Phase I Final Report.

9. Anderson R.D., Herman A.S., Tomlinson J.G., Vaught J.M., Verdouw A.J. Pollution Reduction Technology Program Turboprop Engines Phase I Final Report, NASA CR-135040, March 1976.

10. Lefebvre A.H., Ballal D.R. Gas Turbine Combustion: Alternative Fuels and Emissions. third ed., Taylor & Francis, 2010. -557 p.

11. Gupta A.K., Lilley D.G., Syred N. Swirl Flows. Abacus Press, Kent Engl., 1984. - 475 p.

12. Weber R., Dugue J. Combustion accelerated swirling flows in high confinements // Prog. Energy Combust. Sci. - 1992. - Vol. 18. - P. 349-367.

13. Tacina R.R. Combustor technology for future aircraft // Proc. 26th AIAA/SAE/ASME/ASEE Joint Propulsion Conference, Orlando, Florida, USA, 16-18 July 1990

14. Correa S.M. Power generation and aeropropulsion gas turbines: From combustion science to combustion technology // Proc. Combust. Inst. - 1998. - Vol. 27, № 2. - P. 1793-1807.

15. Lefebvre A.H. Gas Turbine Combustion. Taylor & Francis, Philadelphia. - 1999. - 547 p.

16. Dunn-Rankin D. Lean Combustion: Technology and Control. Academic Press. -2008. - 280 p.

17. Lieuwen T., Torres H., Johnson C., Zinn B.T. A mechanism of combustion instability in lean premixed gas turbine combustors // J. Eng. Gas Turb. Power. - 2001. -Vol. 123, № 1. - P. 182-189.

18. Billant P., Chomaz J.M., Huerre P. Experimental study of vortex breakdown in swirling jet // J. Fluid Mech. - 1998. - Vol. 376. - P. 183-219.

19. Lucca-Negro O., O'Doherty T. Vortex breakdown: a review // Prog. Energy Combust. Sci. - 2001. - Vol. 27, № 4. - P. 431-522.

20. Syred N. A review of oscillation mechanisms and the role of the precessing vortex core (PVC) in swirl combustion systems // Prog. Energy Combust. Sci. - 2006. - Vol. 32, № 8. - P. 93-161.

21. Ruith M.R., Chen P., Meiburg E., Maxworthy T. Three-dimensional vortex breakdown in swirling jets and wakes: direct numerical simulation // J. Fluid Mech. -2003. - Vol. 486. - P. 331-378.

22. Akhmetov D.G., Nikulin V.V., Petrov V.M. Experimental study of self-oscillations developing in a swirling-jet flow // Fluid Dyn. - 2004. - Vol. 39, № 3. - P. 406-413.

23. Oberleithner K., Sieber M., Nayeri C.N., Paschereit C.O., Petz C., Hege H.-C., Noack B.R., Wygnanski I. Threedimensional coherent structures in a swirling jet undergoing vortex breakdown: Stability analysis and empirical mode construction // J. Fluid Mech. - 2011. - Vol. 679. - P. 383-414.

24. Oberleithner K., Paschereit C.O., Seele R., Wygnanski I. Formation of turbulent vortex breakdown: Intermittency, criticality, and global instability // AIAA J. - 2012. -Vol. 50, № 7. - P. 1437-1452.

25. Cala C.E., Fernandes E.C., Heitor M.V., Shtork S.I. Coherent structures in unsteady swirling jet flow // Exp. Fluidsro - 2006. - Vol. 40, № 2. - P. 267-276.

26. Alekseenko S.V., Dulin V.M., Kozorezov Y.S., Markovich D.M. Effect of highamplitude forcing on turbulent combustion intensity and vortex core precession in a strongly swirling lifted propane/air flame // Combust. Sci. Technol. - 2012. - Vol. 184, № 10-11. - P. 1862-1890.

27. Oberleithner K., Paschereit C., Wygnanski I. On the impact of swirl a on the growth of coherent structures // J. Fluid Mech. - 2014. - Vol. 741. - P. 156-199.

28. Jeong J., Hussain F. On the identification of a vortex // J. Fluid Mech. - 1995. -Vol. 285. - P. 69-94.

29. Alekseenko S.V., Dulin V.M., Kozorezov Yu.S., Markovich D.M., Shtork S.I., Tokarev M.P. Flow structure of swirling turbulent propane flames // Flow, Turbul. Combust. - 2011. - Vol. 87. - P. 569-595.

30. Cheng R.K. Low-swirl combustion. An ultralow emissions technology for industrial heating and gas turbines, and its potential for hydrogen turbines // Combustion Technologies Group Environmental Energy Technologies Div. Lawrence Berkeley Nation. Lab. Berkeley, CA, LBNL. DOE_FE. EPRI. Webcast, vol. 8, 2006.

31. McManus K.R., Poinsot T., Candel S.M. A review of active control of combustion instabilities // Prog. Energy Combust. Sci. - 1993. - Vol. 19, № 1. - P. 1-29.

32. Lieuwen T.C. Unsteady Combustor Physics. Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press, 2012. - 520 p.

33. Moeck J. P., Bourgouin J.-F., Durox D., Schuller T., Candel S. (2012) Nonlinear interaction between a precessing vortex core and e acoustic oscillations in a turbulent swirling flame // Comb. Flame. - 2012. - Vol. 159, № 8. - P. 2650-2668.

34. Oberleithner K, Schimek S, Paschereit CO. (2015) Shear flow instabilities in swirl-stabilized combustors and their impact on the amplitude dependent flame response: a linear stability analysis // Combust. Flame. - 2015. - Vol. 162, № 1. - P. 86-99.

35. Terhaar S., Cosic B., Paschereit C., Oberleithner K. Suppression and excitation of the precessing vortex core by acoustic c velocity fluctuations: An experimental and analytical study // Comb. Flame. - 2016. - Vol. 172. - P. 234-251.

36. Ghani A., Poinsot T., Gicquel L., Müller J.-D. LES study of transverse acoustic instabilities in a swirled kerosene/air combustion chamber // Flow, Turbul. Combust. -2016. - Vol. 96, № 1. - P. 207-226.

37. Stöhr M., Arndt C. M., Meier W. Transient effects of fuel-air mixing in a partially-premixed turbulent swirl flame // Proc. Comb. Inst. - 2015. - Vol. 35, № 3. - P. 33273335.

38. Terhaar S., Krüger O., Paschereit C. O. Flow field and flame dynamics of swirling methane and hydrogen flames at dry and steam diluted conditions // J. Engin. Gas Turb. Power. - 2015. - Vol. 137, № 4. - P. 041503.

39. Reynolds W.C., Alonso J.J., Fatica M. Aircraft gas turbine engine simulations // Proc. 16th AIAA CFD Conf. - 2003. - P. 1-17.

40. Stricker W. in: K. Kohse-Hoinghaus, J. Jeffries (Eds.), Applied Combustion Diagnostics. New York. Taylor & Francis, 2002. P. 155-193.

41. Meier W., Duan X.R., Weigand P. Temperatur-Messungen in turbulenten Drallflammen: Thermoelemente im Vergleich zu Laser-Raman-Streuung // Gas, Warme Int. -2004. - Vol. 53, № 3. - P. 153-158.

42. Stohr M., Sadanandan R., Meier W. Experimental study of unsteady flame structures of an oscillating swirl flame in a gas turbine model combustor // Proc. Combust. Inst. - 2009. - Vol. 32., № 2. - P. 2925-2932.

43. Boxx I., Stohr M., Carter C., Meier W. Temporally resolved planar measurements of transient phenomena in a partially premixed swirl flame in a gas turbine model combustor // Comb. Flame. - 2010. - Vol. 157, № 8. - P. 1510-1525.

44. Petersson P., Olofsson J., Brackman C., Seyfried H., Zetterberg J., Richter M., Alden M., Linne M.A., Cheng R.K., Nauert A., Geyer D., Dreizler A. Simultaneous PIV/OH-PLIF, Rayleigh thermometry/OH-PLIF and stereo PIV measurements in a low-swirl flame // Appl. Optics. - 2007. - Vol. 46, № 19. - P. 3928-3936.

45. Cheng R.K., Littlejohn D., Nazeer W.A., Smith K.O. Laboratory studies of the flow field characteristics of low-swirl injectors for adaptation to fuel-flexible turbines // J. Eng. Gas Turb. Power. - 2008. - Vol. 130. - P. 021501.

46. Cheng R.K., Littlejohn D., Strakey P.A., Sidwell T. Laboratory investigations of a low-swirl injector with H2 and CH4 at gas turbine conditions // Proc. Combust. Inst. -2009. - Vol. 32, № 2. - P. 3001-3009.

47. Davis D.W., Therkelsen P.L., Littlejohn D., Cheng R.K. Effects of hydrogen on the thermo-acoustics coupling mechanisms of low-swirl injector flames in a model gas turbine combustor // Proc. Combust. Inst. - 2013. - Vol. 34, № 2. - P. 3135-3143.

48. Kim W.W., Menon S., Mongia H. C. Large-eddy simulation of a gas turbine combustor flow // Combust. Sci. Technol. - 1999. - Vol. 143, № 1-6. - P. 25-62.

49. Selle L., Lartigue G., Poinsot T., Koch R., Schildmacher K.U., Krebs W., Prade B., Kaufmann P., Veynante D. Compressible large eddy simulation of turbulent combustion in complex geometry on unstructured meshes // Combust. Flame. - 2004. -Vol. 137, № 4. - P. 489-505.

50. Duwig C., Fuchs L. Large eddy simulation of vortex breakdown/flame interaction // Phys. Fluids. - 2007. - Vol. 19, № 7. - P. 075103.

51. Moureau V., Domingo P., Vervisch L. From Large-eddy simulation to Direct numerical simulation of a lean premixed swirl flame: Filtered laminar flame-PDF modeling // Combust. Flame. - 2011. - Vol. 158, № 7. - P. 1340-1357.

52. Terhaar S, Reichel T.G., Schrödinger C., Rukes L., Paschereit C.O., Oberleithner K. Vortex breakdown types and global modes in swirling combustor flows with axial injection // J. Propuls. Power. - 2015. - Vol. 31, №. 1. - P. 219-229.

53. Paschereit C. O., Gutmark E., Weisenstein W. Structure and control of thermoacoustic instabilities in a gas-turbine combustor // Combust. Sci. Technol. - 1998. - Vol. 138, № 1-6. - P. 213-232.

54. Paschereit C.O., Gutmark E., Weisenstein W. Coherent structures in swirling flows and their role in acoustic combustion control // Phys. Fluids. - 1999. - Vol. 11, № 9. - P. 2667-2678.

55. Paschereit C. O., Gutmark E., Weisenstein W. Excitation of thermoacoustic instabilities by interaction of acoustics and unstable swirling flow // AIAA J. - 2000. -Vol. 38, № 6. - P. 1025-1034.

56. Külsheimer C., Büchner H. Combustion dynamics of turbulent swirling flames // Combust. Flame. - 2002. - Vol. 131, № 1-2. - P. 70-84.

57. Balachandran R., Ayoola B.O., Kaminski C.F., Dowling A.P., Mastorakos E. Experimental investigation of the nonlinear response of turbulent premixed flames to imposed inlet velocity oscillations // Combust. Flame. - 2005. - Vol. 143, № 1-2. - P. 37-55.

58. Bellows B.D., Neumeier Y., Lieuwen T. Forced response of a swirling, premixed flame to flow disturbance // J. Propuls. Power. - 2006. - Vol. 22, № 5. - P. 1075-1084.

59. Bellows B.D., Bobba M.K., Forte A., Seitzman J.M., Lieuwen T. Flame transfer function saturation mechanisms in a swirl-stabilized combustor // Proc. Combust. Inst. -2007. - Vol. 31, № 2. - P. 3181-3188.

60. Giauque A., Selle L., Gicquel L., Poinsot T., Buechner H., Kaufmann P., Krebs W. System identification of a largescale swirled partially premixed combustor using LES and measurements // J. Turb. - 2005 - Vol. 6, № 21.

61. Kang D.M., Culick F.E.C., Ratner A. Combustion dynamics of a low-swirl combustor // Combust. Flamero - 2007. - Vol. 151, № 3. - P. 412-425.

62. Lacarelle A., Faustmann T., Greenblatt D., Paschereit C.O., Lehmann O., Luchtenburg D.M., Noack B.R. Spatiotemporal characterization of a conical swirler flow field under strong forcing // J. Eng. Gas Turbines Power. - 2009. - Vol. 131, № 3. - P. 031504.

63. Ayoola B., Hartung G., Armitage C. A., Hult J., Cant R.S., Kaminski C.F. Temperature response of turbulent premixed flames to inlet velocity oscillations // Exp. Fluids. - 2009. - Vol. 46, № 1. - P. 27-41.

64. Thumuluru S.K., Lieuwen T. Characterization of acoustically forced swirl flame dynamics // Proc. Combust. Inst. - 2009. - Vol. 32, № 2. - P. 2893-2900.

65. Kim K.T., Lee J.G., Quay B.D., Santavicca D.A. Response of partially premixed flames to acoustic velocity and equivalence ratio perturbations // Combust. Flame. -2010. - Vol. 157, № 9. - P. 1731-1744.

66. Kim K.T., Hochgreb S. The nonlinear heat release response of stratified lean-premixed flames to acoustic velocity oscillations // Combust. Flame. = 2011. - Vol. 158, № 12. - P. 2482-2499.

67. Palies P., Durox D., Schuller T., Candel S. The combined dynamics of swirler and turbulent premixed swirling flames // Combust. Flame. - 2010. - Vol. 157, № 9. - P. 1698-1717

68. Palies P., Schuller T., Durox D., Gicquel L.Y.M., Candel S. Acoustically perturbed turbulent premixed swirling flames // Phys. Fluids. - 2011. - Vol. 23, № 3. - P. 037101.

69. Kim K. T., Santavicca D. A. Generalization of turbulent swirl flame transfer functions in gas turbine combustors // Combust. Sci. Technol. - 2013. - Vol. 185, № 7. - P. 999-1015.

70. Luckoff F., Sieber M., Paschereit C. O., Oberleithner K. Phase-opposition control of the precessing vortex core in turbulent swirl flames for investigation of mixing and flame stability // Proc. ASME Turbo Expo. 2019.

71. Leipertz A., Pfadler S., Schiesel R. An overview of Combustion Diagnostics, Wiley-VCH Verlag GmbH&Co, KGaA, 2010.

72. Heitor M.V., Mereira A.L.N. Thermocouples and sample probes for combustion studies // Prog. Energy Combust. Sci. - 1993. - Vol. 19, № 3. - P. 259-278.

73. Zare R.N., Dagdigian P.J. Tunable laser fluorescence method for product state analysis // Science. - 1974. - Vol. 185, № 4153. - P. 739-747.

74. Alden M., Bood J., Li Z., Richter M. Visualization and understanding of combustion processes using spatially and temporally resolved laser diagnostic techniques // Proc. Combust. Inst. - 2011. - Vol. 33, № 1. - P. 69-97.

75. Dyer M.J., Crosley D.R. Two-dimensional imaging of OH laser-induced fluorescence in a flame // Opt. Lett. - 1982. - Vol. 7, № 8. - P. 382-384.

76. Ishikawa K. Plasma Diagnostics, Cold Plasma in Food and Agriculture, Academic Press, 2016, P.117-141.

77. Eckbreth A.C. Laser Diagnostics for Combustion Temperature Species, Gordon & Breach Publishers, 1987.

78. Gashi S., Hult J., Jenkins K.W., Chakraborty N., Cant S., Kaminski C.F. Curvature and wrinkling of premixed flame kernels—comparisons of OH PLIF and DNS data // Proc. Combust. Inst. - 2005. - Vol. 30, № 1. - P. 809-817.

79. Chterev I., Rock N., Ek H., Emerson B., Seitzman J., Jiang N., Roy S., Lee T., Gord J., Lieuwen T. Simultaneous imaging of fuel, OH, and three component velocity fields in high pressure, liquid fueled, swirl stabilized flames at 5 kHz // Combust. Flame. - 2017. - Vol. 186. - P. 150-165.

80. Hanson R.K., Seitzman J.M., Paul P.H. Planar laser-fluorescence imaging of combustion gases // Appl. Phys. B. - 1990. - Vol. 50, № 6. - P. 441-454.

81. Daily J. Laser-induced fluorescence spectroscopy in flames // Prog. Energy Combust. - 1997. - Vol. 23, № 2. - P. 133-199.

82. Kohse-Hoinghaus K. Laser techniques for the quantitative detection of reactive intermediates in combustion systems // Prog. Energy Combust. - 1994. - Vol. 20, № 3. -P.203-279.

83. Tian Y., Zeng X., Yang S., Zhong F., Le J. Experimental study on the effect of equivalence ratio and injector position on flow structure and flame devel-opment in the scramjet combustor // Aerosp. Sci. Technol. - 2018. - Vol. 82. - P. 9-19.

84. Tian Y., Yang S., Le J., Su T., Yue M., Zhong F., Tian X. Investigation of combustion and flame stabilization modes in a hydrogen fueled scramjet combustor // Int. J. Hydrog. Energy. - 2016. - Vol. 41, № 42. - P. 19218-19230.

85. Yu N., Zhang Y., Li F., Dai J. Numerical and experimental investigations of single-element and double-element injectors using gaseous oxygen/gaseous methane // Aerosp. Sci. Technol. - 2018. - Vol. 75. - P. 24-34.

86. Tanahashi M., Murakami S., Choi G.-M., Fukuchi Y., Miyauchi T. Simultaneous CH-OH PLIF and stereoscopic PIV measurements of turbulent premixed flames // Proc. Combust. Inst. - 2005. - Vol. 30, № 1. - P. 1665-1672.

87. Sadanandan R., Stohr M., Meier W. Simultaneous OH-PLIF and PIV measurements in a gas turbine model combustor // Appl. Phys. B. - 2008. - Vol. 90, № 3. - P. 609-618.

88. Caux-Brisebois V., Steinberg A.M., Arndt C.M., Meier W. Thermo-acoustic velocity coupling in a swirl stabilized gas turbine model combustor // Combust. Flame. -2014. - Vol. 161, № 12. - P. 3166-3180.

89. Rosell J., Bai X.-S., Sjoholm J., Zhou B., Li Z., Wang Z., Pettersson P., Li Z., Richter M., Alden M. Multi-species PLIF study of the structures of turbulent premixed methane/air jet flames in the flamelet and thin-reaction zones regimes // Combust. Flame.

- 2017. - Vol. 182. - P. 324-338.

90. Ma L., Lei Q., Ikeda J., Xu W., Wu Y., Carter C.D. Single-shot 3D flame diagnostic based on volumetric laser induced fluorescence (VLIF) // Proc. Combust. Inst.

- Vol. 36, № 3. - P. 4575-4583.

91. Worth N.A., Dawson J.R. Tomographic reconstruction of OH* chemiluminescence in two interacting turbulent flames // Meas. Sci. Technol. - 2013. -Vol. 24, № 2. - P. 024013.

92. Mohri K., Gors S., Scholer J., Rittler A., Dreier T., Schulz C., Kempf A., Instantaneous 3D imaging of highly turbulent flames using computed tomography of chemiluminescence // Appl. Opt. - 2017. - Vol. 56, № 26. - P. 7385-7395.

93. Floyd J., Kempf A.M. Computed Tomography of Chemiluminescence (CTC): high resolution and instantaneous 3-D measurements of a Matrix burner // Proc. Combust. Inst. - 2011. - Vol. 33, № 1. - P. 751-758.

94. Hult J., Omrane A., Nygren J., Kaminski C., Axelsson B., Collin R., Bengtsson P.E., Alden M. Quantitative three-dimensional imaging of soot volume fraction in turbulent non-premixed flames // Exp. Fluids. - 2002. - Vol. 33, № 2. - P. 265-269.

95. Nygren J., Hult J., Richter M., Alden M., Christensen M., Hultqvist A., Johansson B. Three-dimensional laser induced fluorescence of fuel distributions in an HCCI engine // Proc. Combust. Inst. - 2002 - Vol. 29, № 1. - P. 679-685.

96. Cho K.Y., Satija A., Pourpoint T.L., Son S.F., Lucht R.P. High-repetition-rate three-dimensional OH imaging using scanned planar laser-induced fluorescence system for multiphase combustion // Appl. Opt. - 2014. - Vol. 53, № 3. - P. 316-326.

97. Kychakoff G., Paul P.H., Cruyningen I., Hanson R.K. Movies and 3-D images of flowfields using planar laser-induced fluorescence // Appl. Opt. - 1987. - Vol. 26, № 13.

- P. 2498-2500.

98. Wellander M.R.R., Alden M. Time-resolved (kHz) 3D imaging of OH PLIF in a flame // Exp. Fluids. - 2014. - Vol. 55, № 6. - P. 1-12.

99. Yu T., Ruan C., Liu H., Cai W., Lu X. Time-resolved measurements of a swirl flame at 4 kHz via computed tomography of chemiluminescence // Appl. Opt. - 2018. -Vol. 57, № 21. - P. 5962-5969.

100. Floyd J., Geipel P., Kempf A.M. Computed Tomography of Chemiluminescence (CTC): instantaneous 3D measurements and Phantom studies of a turbulent opposed jet flame // Combust. Flame. -2011. - Vol. 158, № 2. - P. 376-391.

101. Yu T., Liu H., Cai W. On the quantification of spatial resolution for three-dimensional computed tomography of chemiluminescence // Opt. Express. - 2017. - Vol. 25, № 20. - P. 24093-24108.

102. Ma L., Wu Y., Lei Q., Xu W., Carter C.D. 3D flame topography and curvature measurements at 5 kHz on a premixed turbulent Bunsen flame // Combust. Flame. - 2016.

- Vol. 166. - P. 66-75.

103. Herman G.T., Lent A. Iterative reconstruction algorithms // Comput. Biol. Med. -1976. - Vol. 6, № 4. - P. 273-294.

104. Wiseman S.M., Brear M.J., Gordon R.L., Marusic I. Measurements from flame chemiluminescence tomography of forced laminar premixed propane flames // Combust. Flame. - 2017. - Vol. 183. - P. 1-14.

105. Williams F.A. Combustion Theory, CRC Press, 2018.

106. Yu T., Liu H., Zhang J., Cai W., Qi F. Toward real-time volumetric tomography for combustion diagnostics via dimension reduction // Opt. Lett. - 2018. - Vol. 43, № 5.

- P. 1107-1110.

107. Grant I. Particle image velocimetry: a review // Proc. Inst. Mech. Eng. - 1997. -Vol. 211, № 1. - P. 55-76.

108. Dabiri D. Cross-Correlation Digital Particle Image Velocimetry - A Review, Department of Aeronautics & Astronautics, University of Washington, Seattle, United States, 2006.

109. Keane R.D., Adrian R.J. Theory of cross-correlation analysis of PIV images // Appl. Sci. Res. - 1992. - Vol. 49, № 3. - P. 191-215.

110. Raffel M., Willert C.E., Wereley S., Kompenhans J. Particle Image Velocimetry: A Practical Guide, Springer, 2007.

111. Foucaut J.M., Stanislas M. Some considerations on the accuracy and frequency response of some derivative filters applied to particle image velocimetry vector fields // Meas. Sci. Technol. - 2002. - Vol. 13. - P. 1058-1071.

112. Stohr M., Sadanandan R., Meier W. Phase-resolved characterization of vortex-flame interaction in a turbulent swirl flame // Exp. Fluids. - 2011. - Vol. 51. - P. 11531167.

113. Legrand M., Nogueira J., Lecuona A. Flow temporal reconstruction from non-time-resolved data part I: Mathematic fundamentals // Exp. Fluids. - 2011. - Vol. 51. - P. 1047-1055.

114. Schmid P.J., Violato D., Scarano F. Decomposition of time-resolved tomographic PIV // Exp. Fluids. - 2012. - Vol. 52. - P. 1567-1579.

115. Sreenivasan K. R., Strykowski P. J. An instability associated with a sudden expansion in a pipe flow // Phys. Fluids. - 1983. - Vol. 26. - P. 2766-2768.

116. Ceglia G., Discetti S., Ianiro A., Michaelis D., Astarita T., Cardone G. Three-dimensional organization of the flow structure in a non-reactive model aero engine lean burn injection system // Exp. Therm. Fluid Sci. - 2014. - Vol. 52. - P. 164-173.

117. Legrand M., Nogueira J., Lecuona A., Nauri S., Rodriguez P.A. Atmospheric low swirl burner flow characterization with Stereo-PIV // Exp. Fluids. - 2010. - Vol. 48. - P. 901-913.

118. Tropea C., Yarin A.L. Springer Handbook of Experimental Fluid Mechanics, Springer Science & Business Media, 2007.

119. Santhosh R., Basu S. Transitions and blowoff of unconfined non-premixed swirling flame // Combust. Flame. - 2016. - Vol. 164. - P. 35-52.

120. Elbaz A.M., Roberts W.L. Experimental study of the inverse diffusion flame using high repetition rate OH/acetone PLIF and PIV // Fuel. - 2016. - Vol. 165. - P. 447-461.

121. Pfadler S., Beyrau F., Leipertz A. Flame front detection and characterization using conditioned particle image velocimetry (CPIV) // Opt. Express. - 2007. - Vol. 15, № 23.

- p. 15444-15456.

122. Biswas S., Kopp-Vaughn K., Renfro M.W., Cetegen B.M. Phase resolved characterization of conical premixed flames near and far from blowoff // Combust. Flame.

- 2013. - Vol. 160, № 12. - P. 2843-2855.

123. Steinberg A.M., Driscoll J.F., Ceccio S.L. Measurements of turbulent pre-mixed flame dynamics using cinema stereoscopic PIV // Exp. Fluids. - 2008. - Vol. 44, № 6. -P. 985-999.

124. Pfadler S., Leipertz A., Dinkelacker F., Wasle J., Winkler A., Sattelmayer T. Two-dimensional direct measurement of the turbulent flux in turbulent premixed swirl flames // Proc. Combust. Inst. - 2007. - Vol. 31, № 1. - P. 1337-1344.

125. Nair S. Acoustic Characterization of Flame Blowout Phenomenon, Aerospace Engineering, Georgia Institute of Technology, 2006.

126. Malik N.A., Dracos T., Papantoniou D.A. Particle tracking velocimetry in three-dimensional flows // Exp. Fluids. - 1993. - Vol. 15, № 4. - P. 279-294.

127. Hinsch K.D. Three-dimensional particle velocimetry // Meas. Sci. Technol. - 1995.

- Vol. 6, № 6. - 742.

128. Hinsch K., Holographic particle image velocimetry // Meas. Sci. Technol. - 2002.

- Vol. 13, № 7. - P. R61.

129. Scarano F. Tomographic PIV: principles and practice // Meas. Sci. Technol. - 2013.

- Vol. 24, № 1. - P. 012001.

130. Elsinga G.E., Wieneke B., Scarano F., Oudheusden B.W. Assessment of Tomo-PIV for three-dimensional flows // in: 6th International Symposium on Particle Image Velocimetry, California, 2005.

131. Elsinga G.E., Scarano F., Wieneke B., Oudheusden B.W., Tomographic particle image velocimetry // Exp. Fluids. - 2006. - Vol. 41, 6. - P. 933-947.

132. Overbrüggen T.V., Klaas M., Schröder W. Tomographic particle-image velocimetry in an IC engine // in: International Symposium on Particle Image Velocimetry, Delft, the Netherlands, 2013.

133. Tokarev M.P., Sharaborin D.K., Lobasov A.S., Chikishev L.M., Dulin V.M., Markovich D.M. 3D velocity measurements in a premixed flame by tomographic PIV // Meas. Sci. Technol. - 2015. - Vol. 26, № 6. - P. 064001.

134. Ebi D., Clemens N.T. Simultaneous high-speed 3D flame front detection and tomographic PIV // Meas. Sci. Technol. - 2016. - Vol. 27, № 3. - P. 035303.

135. Xiong J., Idoughi R., Aguirre-Pablo A.A., Aljedaani A.B., Dun X., Fu Q., Thoroddsen S.T., Heidrich W. Rainbow particle imaging velocimetry for dense 3D fluid velocity imaging // ACM Trans. Graph. - 2017. - Vol. 36, № 4. - P. 1-14.

136. Xiong J. Rainbow Particle Imaging Velocimetry, King Abdullah, University of Science and Technology, 2017.

137. Grisch F., Boukhalfa A., Cabot G., Renou B., Vandel A. CORIA Aeronautical combustion facilities and associated optical diagnostics //Aerospace Lab. - 2016. - №. 11. - P. 13.

138. Токарев М.П., Маркович Д.М., Бильский А.В. Адаптивные алгоритмы обработки изображений частиц для расчета мгновенных полей скорости // Вычисл. технологии. - 2007. - Т. 2. - С. 1-23.

139. Маркович Д.М., Токарев М.П. Алгоритмы реконструкции трехкомпонентного поля скорости в методе Stereo PIV // Вычис. методы и программир. - 2008. - Т. 9. - С. 311-326.

140. Дулин В.М., Козорезов Ю.С., Маркович Д.М., Токарев М.П. Исследование газодинамической структуры потока в закрученном турбулентном пламени методом цифровой трассерной визуализации // Вестн. НГУ. Сер. Физика. - 2009. -T. 4. - С. 30-42.

141. Scarano F. Iterative image deformation methods in PIV // Meas. Sci. Technol. -2002. - Vol. 13, № 1. -P. R1-R19.

142. Дулин В.М., Маркович Д.М., Минаков А.В., Ханъялич К., Чикишев Л.М. Экспериментальное и численное моделирование закрученного течения в камере сгорания // Известия РАН: Энергетика. - 2013. - Т. 39. - С. 137-147.

143. Magnussen B.F. The eddy dissipation concept // Proceedings of 11th Task Leaders Meeting on Energy Conservation in Combustion. - 1989. - Lund, Sweden. - P. 248-268.

144. Snegirev A.Yu., Frolov A.S. Computation of the turbulent diffusion flame by the large eddy method. - Teplofiz. Vys. Temp. - 2011. - Vol. 49. - P. 713-728.

145. Germano M., Piomelli U., Moin P., Cabot W.H. Dynamic subgrid-scale eddy viscosity model // Summer workshop 1996. - Center for Turbulence Research, Stanford.

146. Thurber M.C., Grisch F., Kirby B.J., Votsmeier M., and Hanson R. K. Measurements and modeling of acetone laser-induced fluorescence with implications for temperature imaging diagnostics // Appl. Opt. - 1998. - Vol. 37, № 21. - P. 4963-4978.

147. Westerweel J., Scarano F. Universal outlier detection for PIV data // Exp. Fluids. -2005. - Vol. 39, № 6. - P. 1096-1100.

148. Midgley K, Spencer A, McGuirk J.J. Unsteady flow structures in radial swirler fed fuel injectors // J. Eng. Gas Turb. Power. - 2005. - Vol. 127, № 4. - P. 755-764

149. Spencer A., McGuirk J.J., Midgley K. Vortex breakdown in swirling fuel injector flows // J. Eng. Gas Turb. Power. - 2008. - Vol. 130, № 2. - P. 021503.

150. Lobasov A.S., Alekseenko S.V., Markovich D.M., Dulin V.M. Mass and momentum transport in the near field of swirling turbulent jets. effect of swirl rate // Int. J. Heat Fluid Flow. - 2020. - Vol. 83. - P. 1085.

151. Hussain A.K.M.F., Reynolds W.C. The mechanics of an organized wave in turbulent shear flow // J. Fluid Mech. - 1970. - Vol. 41. - P. 241-258.

152. Janus B., Dreizler A., Janicka J. Experimental study on stabilization of lifted swirl flames in a model GT combustor // Flow, Turbul. Combust. - 2005. - Vol. 75, № 1-4. -P.293-315.

153. Warnatz J., Maas U., Dibble R.W. Combustion, Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2006.

154. Markovich D.M., Abdurakipov S.S., Chikishev L.M., Dulin V.M., Hanjalic K. Comparative analysis of low- and high-swirl confined flames and jets by proper

orthogonal and dynamic mode decompositions // Physics of Fluids. - 2014. - 26. -065109.

155. Dandy D.S., Vosen S.R. Numerical and experimental studies of hydroxyl radical chemiluminescence in methane-air flames // Combust. Sci. Technol. - 1992. - Vol. 82. -P. 131-150.

156. Lauer M., Sattelmayer T. On the adequacy of chemiluminescence as a measure for heat release in turbulent flames with mixture gradients // J. Eng. Gas Turbines Power. -2010. - Vol. 132. - P. 061502.

157. Dulin V.M., Sharaborin D.K., Tolstoguzov R.V., Lobasov A.S., Chikishev L.M., Markovich D.M., Wang S., Fu C., Liu X., Li Y., Gao Y. Assessment of single-shot temperature measurements by thermally-assisted OH PLIF using excitation in the A2X+-X2n (1-0) band // Proceedings of the Combustion Institute. - 2021. - Vol. 38. - P. 18771883.

158. Coudert S. J. M., Schon J.-P. Back-projection algorithm with misalignment corrections for 2D3C stereoscopic PIV // Meas. Sci. Technol. - 2001. - Vol. 12, № 9. -P. 1371-1381.