LIF imaging and 2D temperature mapping in a model combustor at elevated pressure

• Published in: Aerospace science and technology 2000-09, Vol.4 (6), p.403-414
• Main Authors: Meier, Ulrich E., Wolff-Gaßmann, Dagmar, Stricker, Winfried
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Applied sciences; combustion; Energy; Energy. Thermal use of fuels; Equipments for energy generation and conversion: thermal, electrical, mechanical energy, etc; Exact sciences and technology; Furnaces. Firing chambers. Burners; gas turbine; Gasturbine; laser-induced fluorescence; Laser-induzierte Fluoreszenz; Liquid fuel burners and combustion chambers; Thermometrie; thermometry
• ISSN: 1270-9638; 1626-3219
• DOI: 10.1016/S1270-9638(00)00142-5

Planar laser-induced fluorescence (PLIF) has been used to measure time-resolved spatial distributions of the fuel, the OH radical, and the temperature field in a jet engine model combustor segment. For temperature measurements, a two-line PLIF scheme was used: two different spectral lines of the OH radical, which served as indicator molecule, were excited successively within a short time delay using nanosecond pulses from two UV laser systems operating on different wavelengths. The ratio of the two fluorescence signals depends on the temperature; this forms the basis of the temperature measurement. To our knowledge, this temperature mapping technique has been applied for the first time in the high pressure combustion of kerosene. The fluorescence signal resulting from excitation by one of the two lasers is proportional to the OH density and provides thus information on the OH radical distribution and on flame structure. The same technique can be utilized to excite fluorescence from the fuel, thus providing qualitative information on kerosene distributions. These measurements yield information on flame structure, heat release and mixing properties, which can serve as design aids, as well as for CFD code validation purposes. Planare LIF- und Temperaturmessungen in einem Modell-Brennkammersegment bei erhöhtem Druck. In einem Brennkammer-Segment einer Fluggasturbine wurden zeitlich aufgelöst flächenhafte Verteilungen des Brennstoffs, des OH-Radikals und der Temperatur mittels planarer Laser-induzierter Fluoreszenz (PLIF) ermittelt. Für die Temperaturmessung wurde ein zwei-Linien-PLIF-Verfahren eingesetzt: Zwei verschiedene Spektrallinien des OH-Radikals, das als Indikator-Molekül diente, wurden mit kurzem zeitlichen Abstand durch UV-Licht zweier Nanosekunden-Impulslaser verschiedener Wellenlängen angeregt. Das Intensitätsverhältnis der beiden resultierenden Fluoreszenzsignale ist eine Funktion der Temperatur. Dieser Zusammenhang bildet die Grundlage der Temperaturmessung. Diese Methode zur flächenhaften Temperaturmessung ist nach unserem Wissen erstmals bei der Kerosinverbrennung unter erhöhtem Druck eingesetzt worden. Das Fluoreszenzsignal nach Anregung einer der beiden Spektrallinien ist proportional zur OH-Dichte und liefert daher Information über die Verteilung des OH-Radikals und der Flammenstruktur. Die gleiche Technik kann zur Anregung von Fluoreszenz des Brennstoffes angewendet werden und liefert qualitative Informationen über die Kerosin-Verteilung. D