Estructura turbulenta en combustores LPP mezclado

Abstract

El presente trabajo es un estudio experimental sobre la estructura del flujo turbulento que aparece en combustores LPP (Leam Prevaporized Premixed) actualmente considerados para aplicaciones aeronáuticas con muy baja generación de óxidos de nitrógeno (Nox). Se ha construido un modelo de cámara sin combustión con capacidad para albergar diferentes configuraciones y que ha sido caracterizado obteniendo información tridimensional del campo medio y fluctuante de velocidades. Se ha confirmado la existencia del fenómeno de rotura de torbellino como consecuencia de la alta rotación del flujo. El análisis espectral del campo de velocidades revela la existencia de regiones con intensidad espectral dominante localizadas en intervalos de frecuencia limitados, candidatas para albergar estructura coherente del flujo. Para estudiar mejor este punto, se ha diseñado y construido un túnel con un único sistema LPP en el cual se han realizado medidas en fase que revelan la presencia de distintos modos espaciales. Uno de ellos es el modo de precesión que está asociado al desplazamiento transversal de la burbuja de recirculación. Otros parecen ser deformaciones de la burbuja que no desplazan el eje de giro, y que están asociados al desarrollo del flujo en el interior del sistema LPP. Adicionalmente se ha establecido que, bajo ciertas condiciones, existe una clara interacción entre los diferentes modos. Estos hallazgos se han confirmado posteriormente sobre el modelo de cámara. Más aún, se ha comprobado que, en el caso de flujo reactante, el modo de precesión puede amplificarse dando lugar a inestabilidades de combustión. Este último hallazgo ha despertado el interés para controlar la inestabilidad de precesión mediante la manipulación de los otros modos. En el estudio preliminar realizado se ha comprobado que esto es de hecho posible, aunque también se ha puesto en evidencia la complejidad del problema y la necesidad de medios de diagnóstico adicionales para poder completar su estudio. Finalmente han sido estudiados diversos aspectos relacionados con problemas de mezclado existentes en este tipo de combustores. En particular se ha estudiado el potencial de mezclado entre el flujo piloto y principal, revelando la importancia de la posición relativa de los sistemas LPP piloto y principal. Por último, se ha analizado el impacto del flujo de dilución en la fluidodinámica del combustor y se ha estudiado la capacidad de generar mezclado en tres geometrías de orificio.