Publication detail
Swirling flow prediction in model combustor with axial guide vane swirler
VONDÁL, J. HÁJEK, J.
Czech title
Predikce vířivého proudění v modelu spalovací komory s axiálním vířičem
English title
Swirling flow prediction in model combustor with axial guide vane swirler
Type
journal article - other
Language
en
Original abstract
Swirling air flow is a key feature in many types of combustors. Tangential flow component is generated in an aerodynamic element called swirler (swirl generator, flame holder), which is often designed in the form of axial guide vanes. Such design is typical in low-NOx diffusion burners with staged gas and/or air supply. The swirler is a key burner design component that significantly influences the flow pattern in combustion chambers. Current industrial practice in the CFD modelling of swirling flow combustors tends to include swirler into the computational domain since detailed measured data of inlet velocity profiles for swirling combustion air are generally unavailable. However, including swirler into computational domain has not been verified or deeply discussed for standard turbulence models. Therefore there is a need for validation of RANS-based industry-standard codes in the prediction of flow through swirl generators. This work compares predicted velocity profiles and swirl numbers to the measured data. Measurement was carried out at the water tunnel facility with guide vane swirler placed before a sudden expansion chamber. Several drawbacks of standard turbulence models are revealed. Results show problematic predictions near the axis of water tunnel and near the wall.
Czech abstract
Vířivý proudění vzduchu je klíčové pro mnoho typů spalovacích zařízení. Tangenciální složka rychlosti je vytvářena v aerodynamickém elementu, který se nazývá vířič (poutač plamene), který je často navržen ve formě axiálních lopatek. Taková konstrukce je typická v difúzních hořácích se sníženými emisemi NOx se stupňovitým přívodem plynu a/nebo vzduchu. Vířič je klíčovým konstrukčním prvkem hořáku, který významně ovlivňuje tvar proudění ve spalovací komoře. Současná průmyslová praxe v CFD modelování vířivého spalování obvykle je, zahrnout vířič do oblasti výpočtu, poněvadž detailní vstupní data pro složky rychlosti vzduchu nejsou k ispozici. Bohužel, začlenění vířiče do výpočtové oblasti nebylo dosud validováno ani do hloubky diskutováno (pro standardní modely turbulence). Proto je zde potřeba ověřit tzv. RANS modely turbulence, které jsou tandardem v průmyslových výpočtech, pro případ proudění ve vířičích. Tato práce porovnává predikované rychlostní profily a vírová čísla s naměřenými daty. Měření byla provedena ve vodním tunelu s lopatkovým vířičem umístěným před expanzní komorou. Výsledky odkrývají několik slabých míst v predikcích standardních modelů turbulence. Problematická je zejména predikce v blízkosti osy kanálu a u jeho stěn.
English abstract
Swirling air flow is a key feature in many types of combustors. Tangential flow component is generated in an aerodynamic element called swirler (swirl generator, flame holder), which is often designed in the form of axial guide vanes. Such design is typical in low-NOx diffusion burners with staged gas and/or air supply. The swirler is a key burner design component that significantly influences the flow pattern in combustion chambers. Current industrial practice in the CFD modelling of swirling flow combustors tends to include swirler into the computational domain since detailed measured data of inlet velocity profiles for swirling combustion air are generally unavailable. However, including swirler into computational domain has not been verified or deeply discussed for standard turbulence models. Therefore there is a need for validation of RANS-based industry-standard codes in the prediction of flow through swirl generators. This work compares predicted velocity profiles and swirl numbers to the measured data. Measurement was carried out at the water tunnel facility with guide vane swirler placed before a sudden expansion chamber. Several drawbacks of standard turbulence models are revealed. Results show problematic predictions near the axis of water tunnel and near the wall.
Keywords in Czech
CFd, vířivé proudění, spalování, vířič
Keywords in English
CFD, Swirl flow, Combustion, Swirler
RIV year
2012
Released
25.08.2012
Publisher
AIDIC Servizi S.r.l.
Location
Milano, Italy
ISSN
1974-9791
Volume
29
Number
2
Pages from–to
1069–1074
Pages count
6
BIBTEX
@article{BUT94102,
author="Jiří {Vondál} and Jiří {Hájek},
title="Swirling flow prediction in model combustor with axial guide vane swirler",
year="2012",
volume="29",
number="2",
month="August",
pages="1069--1074",
publisher="AIDIC Servizi S.r.l.",
address="Milano, Italy",
issn="1974-9791"
}