@PhDThesis{Trevisan:2018:EsExIn,
author = "Trevisan, Bruno Peruchi",
title = "Um estudo experimental da intera{\c{c}}{\~a}o turbul{\^e}ncia,
combust{\~a}o e ac{\'u}stica",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2018",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2018-02-28",
keywords = "combust{\~a}o turbulenta, instabilidade de combust{\~a}o,
velocimetria por laser doppler, turbul{\^e}ncia, combust{\~a}o
n{\~a}o pr{\'e}-misturada, turbulent combustion, combustion
instability, laser doppler velocimetry, turbulence, non-premixed
combustion.",
abstract = "Um dos principais problemas em sistemas de combust{\~a}o de
motores aeroespaciais est{\'a} relacionado com as instabilidades
de combust{\~a}o. Estas perturba{\c{c}}{\~o}es ocorrem devido
ao acoplamento entre os fen{\^o}menos de combust{\~a}o,
ac{\'u}stica e turbul{\^e}ncia. Tais instabilidades podem causar
vibra{\c{c}}{\~o}es, degrada{\c{c}}{\~a}o significativa e em
casos severos, podem levar {\`a} destrui{\c{c}}{\~a}o do motor.
O conhecimento dos fen{\^o}menos f{\'{\i}}sicos relacionados
com a instabilidade de combust{\~a}o fornece dados para avaliar
os modelos f{\'{\i}}sicos inclusive os utilizados na
din{\^a}mica dos fluidos computacional. As t{\'e}cnicas de
diagn{\'o}stico laser se mostraram uma poderosa ferramenta para
an{\'a}lise deste fen{\^o}meno por serem m{\'e}todos n{\~a}o
intrusivos, com alta taxa de repeti{\c{c}}{\~a}o e alta
resolu{\c{c}}{\~a}o espacial e temporal. No presente trabalho
foi realizado um estudo experimental da intera{\c{c}}{\~a}o
combust{\~a}o, ac{\'u}stica e turbul{\^e}ncia em uma
c{\^a}mara de combust{\~a}o n{\~a}o pr{\'e}misturada. O
combust{\'{\i}}vel utilizado foi propano comercial e o oxidante
era ar. A t{\'e}cnica de velocimetria por laser doppler foi
utilizada para caracteriza{\c{c}}{\~a}o do campo de velocidade
dos escoamentos inerte e reativos. A c{\^a}mara de combust{\~a}o
utilizada {\'e} dividida em duas regi{\~o}es: a regi{\~a}o de
entrada, localizada a montante dos injetores e a regi{\~a}o
principal, localizada a jusante dos injetores. O
combust{\'{\i}}vel {\'e} injetado na c{\^a}mara por meio de
tr{\^e}s injetores, onde cada injetor fornece o
combust{\'{\i}}vel sob a forma de dois jatos planos e paralelos.
Com rela{\c{c}}{\~a}o ao escoamento na regi{\~a}o de entrada,
os resultados mostraram um comportamento de turbul{\^e}ncia em
equil{\'{\i}}brio. A presen{\c{c}}a da combust{\~a}o
inst{\'a}vel induziu uma pulsa{\c{c}}{\~a}o
determin{\'{\i}}stica no escoamento de entrada, a qual foi
respons{\'a}vel pelo aumento das flutua{\c{c}}{\~o}es de
velocidade longitudinais. Este movimento coerente {\'e}
visualizado na densidade espectral de energia na forma de um pico
de energia. Ao que diz respeito aos escoamentos na regi{\~a}o
principal, o escoamento inerte apresentou simetria do escoamento
m{\'e}dio e mostrou a presen{\c{c}}a de zonas de
recircula{\c{c}}{\~a}o localizadas na parte posterior dos
injetores. As densidades espectrais de energia mostraram a
presen{\c{c}}a de um pico de energia, que {\'e} relacionado aos
movimentos associados {\`a} emiss{\~a}o de v{\'o}rtices. A
presen{\c{c}}a da combust{\~a}o gerou um diminui{\c{c}}{\~a}o
do comprimento m{\'e}dio das zonas de recircula{\c{c}}{\~a}o. A
combust{\~a}o est{\'a}vel apresentou um movimento coerente pouco
energ{\'e}tico, caracterizado pela aus{\^e}ncia de um pico de
energia nas densidades espectrais de energia e uma certa
periodicidade nas fun{\c{c}}{\~o}es de
autocorrela{\c{c}}{\~a}o temporal. O escoamento reativo
inst{\'a}vel apresentou um movimento coerente e energ{\'e}tico,
caracterizado por um pico de energia de frequ{\^e}ncia bem
definida nas densidades espectrais de energia, car{\'a}ter
bimodal nas distribui{\c{c}}{\~o}es de velocidade e
fun{\c{c}}{\~a}o de autocorrela{\c{c}}{\~a}o peri{\'o}dica.
ABSTRACT: One of the main problems in aerospace engine combustion
is related to combustion instabilities. These instabilities are
due to the coupling between combustion, acoustic and turbulence.
Such instabilities can lead to vibrations, significative
degradation of the combustion process and in severe cases, the
engine or the propulsion system can be damaged or destroyed. The
knowledge of the physical phenomena related to combustion
instability provides data for evaluating physical models used in
computational fluid dynamics. Laser Diagnostics are a powerful
tool to study these interactions because they are non intrusive
methods, with high repetition rate and high spatial and temporal
resolution. In the present work an experimental study of the
interaction between combustion was carried out in an unpremixed
combustion chamber. The fuel used was commercial propane and the
oxidant was air. The Doppler laser velocimetry technique was used
to characterize the velocity field of the inert and reactive
flows. The combustion chamber used is divided into two regions:
the entrance region, located upstream of the fuel injectors and
the main region, located downstream of the fuel injectors. The
fuel is injected into the combustion chamber by three injectors,
where each injector provides the fuel in the form of two flat and
parallel jets. As far as the flow in the entrance region are
concerned, the results show an equilibrium turbulence behavior.
The presence of the unstable combustion induces a deterministic
pulsation in the inlet flow. This pulsating behavior was
responsible for the increase in the longitudinal velocity
fluctuations. The signature of this pulsation consists of an
energy peak on the energy spectral density. Concerning the flow in
the main region, the inert flow showed symmetry of the mean flow
and the presence of recirculation zones located at the back of the
injectors. The spectral energy densities showed the presence of an
energy peak, which is related to the movements associated with the
emission of vortices. The presence of the combustion generated a
decrease of the average length of the recirculation zones. The
stable combustion presented a low energy coherent movement,
characterized by the absence of a peak of energy in the spectral
energy densities and a certain periodicity in the functions of
temporal autocorrelation. The unstable reactive flow presented a
coherent and energetic movement, characterized by a well-defined
frequency energy peak at the spectral energy densities, a bimodal
characteristic in the velocity distributions and periodic
autocorrelation functions.",
committee = "Dourado, Wladimyr Mattos da Costa (presidente/orientador) and
Mendon{\c{c}}a, M{\'a}rcio Teixeira de and Travelho, Jeronimo
dos Santos and Carvalho Junior, Jo{\~a}o Andrade de and Bruel,
Pascal",
englishtitle = "An experimental study of the interaction between turbulence,
combustion and acoustic",
language = "pt",
pages = "159",
ibi = "8JMKD3MGP3W34R/3QNJQPS",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34R/3QNJQPS",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "27 abr. 2024"
}