Ignition by Hot Free Jets
-
Franziska Seitz
,
Robert Schießl
Abstract
This paper describes some of our experimental studies on the re-ignition caused by jets of hot gas that interact with unburned fuel/air mixtures. The problem is approached from two complementary sides: On the one hand, phenomenological studies are conducted, which ask for the conditions under which a hot jet may cause ignition. A dedicated experiment is described which allows to create well-controlled exhaust gas jets and ambient conditions. In this experiment, parameters influencing the ignition process are varied, and the dependence of jet behavior on these parameters (i.e. pressure ratio, diameter and length of the gap through which the exhaust gas has to pass before getting into contact with ambient fuel/air) is studied. In particular, the frequency of a jet causing re-ignition in the ambient gas is studied. On the other hand, we also perform studies which are more “analytical” in nature. These attempt a more in-depth understanding, by first decomposing the hot jet ignition phenomenon into the underlying physical processes, and then studying these processes in isolation. This approach is applied to measurements of mixture fraction fields. First, non reacting isothermal variable density jets are studied. Here, the density of the gas mixture varies as to mimic the density of hot exhaust gas at varying temperatures. A laser-based non-intrusive method is introduced that allows to determine quantitative mixture fraction fields; although applied here to cold jets only, the method is also applicable to hot jets. The results show the effect of turbulence on the mixing field in and at the free jet, and allow to derive quantities that describe the statistics of the turbulent jet, like probability density functions (PDFs) and geometrical size of fluctuations.
Zusammenfassung
In dieser Arbeit werden einige unserer experimentellen Studien zur Zündung durch heiße Gasfreistrahlen, die in ein ruhendes Brennstoff/Luft Gemisch eingedüst werden, dargestellt. Die Herangehensweise erfolgte aus zwei komplementären Richtungen. Zum einen wurden phänomenologische Untersuchungen des Zündvorganges durchgeführt. Dabei wurden die Voraussetzungen für die Zündung eines ruhenden Brennstoff/Luft Gemisches durch einen heißen Freistrahl untersucht. Zu diesem Zweck wurde ein Versuchsaufbau entwickelt, der es erlaubt, sowohl reproduzierbare heiße Abgasstrahlen als auch genau definierte Umgebunsbedingungen zu erzeugen. In diesem Experiment werden Parameter wie der Durchmesser und die Länge eines Spaltes (Düse), durch den das heiße Abgas aus einer Vorzündkammer in das ebenfalls mit einem Brenngas/Luft-Gemisch gefüllte Testgefäß eindringt, sowie auch der Aband des Zündortes in der Vorzündkammer zur Düse variiert. Im folgenden wird sowohl die Abhängigkeit des Freistrahlzünprozesses von diesen Parametern als auch die der Zündhäufigkeit untersucht. Zusätzlich werden “analytische” Untersuchungen des Zündprozesses an vereinfachten Modellanordnungen durchgeführt. Diese unterstützen ein vertieftes Verständnis der bei einer Zündung durch heiße Freistrahlen ablaufenden physikalischen Prozesse, da ihre Einflussparameter entkoppelt voneinander betrachtet werden. Diese Herangehensweise wird im Folgenden auf die Mischungsvorgänge angewandt. Es werden nicht reagierende isotherme Freistrahlen untersucht. Im Zuge dessen wird eine laserbasierte, nichtinvasive Messmethode und eine Datenauswertemethode zur quantitativen Bestimmung von Mischungsbruchfeldern vorgestellt. Obwohl die Methodik im folgenden lediglich auf kalte, nicht reagierende Freistrahlen angewandt wird, kann sie auch für heiße Freistrahlen eingesetzt werden. Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigen den Effekt der Turbulenz auf das Mischungsfeld in und an einem Gasfreistrahl und erlauben es, statistische Größen turbulenter Freistrahlen abzuleiten, wie z.B. Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen (PDFs) und die geometrische Größe von Turbulenzfluktuationen.
Acknowledgements
The authors would like to acknowledge the funding of this project as part of the research group FOR1447 “Physiochemical-based Models for the Prediction of safety-relevant Ignition Processes” by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) SCHI647/2-2.
References
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Artikel in diesem Heft
- Frontmatter
- Safety-Relevant Ignition Processes
- Low-Temperature Autoignition of Diethyl Ether/O2 Mixtures: Mechanistic Considerations and Kinetic Modeling
- Numerical Simulation of the Ignition of Fuel/Air Gas Mixtures Around Small Hot Particles
- Ignition by Electrical Discharges
- Ignition of Combustible Dust Clouds by Strong Capacitive Electric Sparks of Short Discharge Times
- Comparison Between ODT and DNS for Ignition Occurrence in Turbulent Premixed Jet Combustion: Safety-Relevant Applications
- Ignition by Hot Free Jets
- PDF Simulations of the Ignition of Hydrogen/Air, Ethylene/Air and Propane/Air Mixtures by Hot Transient Jets
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