Thesis:

Caracterización de las propiedades del hollín en una llama laminar de combustible de aviacion Jet-A1 sin premezclar

Se generó una llama no premezclada de flujo laminar canónico utilizando un Jet A-1/aire. El combustible de aviación fue vaporizado y transportado por metano, alimentando un quemador de tipo Gülder. El oxidante de coflujo empleado fue aire normal a una fracción molar de oxígeno del 21 %. Los experimentos se llevaron a cabo para cuantificar las propiedades del hollín, empleando mediciones avanzadas no intrusivas de atenuación y emisión de múltiples longitudes de onda en la línea de visión. De hecho, la metodología experimental permitió evaluar sistemáticamente propiedades del hollín espacialmente resueltas como: temperatura, madurez, función de absorción, porcentaje de compuestos orgánicos y graf´ticos, fracción de volumen y flujo radiativo de calor. Se observó que la distribución de la temperatura del hollín era similar a la de los combustibles alquenos y alcanos. De hecho, en posiciones radiales y axiales más altas, la temperatura aumenta, alcanzando un máximo de 1950 K. Se observó que el nivel de madurez era mayor (mayor cantidad de contenido grafítico) en las regiones de alta temperatura del hollín, lo que sugiere una relación entre la temperatura y el proceso de maduración. Además, las partículas de hollín maduras se encuentran en la parte superior de la llama, cerca de la zona de la línea central y en las proximidades de los wings de la llama. Como era de esperar, la madurez tuvo un efecto sobre la función de absorción, que resultó variar de 0,2 a 0,37 cuando el porcentaje de compuestos graf´ticos cambia de aproximadamente 60% a 80% (valores medios). Los últimos resultados influyen en la fracción de volumen de hollín. En efecto, la variación espacial de la función de absorción, induce grandes diferencias en la fracción volumétrica de hollín recuperada, alrededor de 1 ppm para los valores máximos, en comparación con la utilización de un valor constante suponiendo que las partículas están completamente maduras. Por último, estas observaciones influyen en gran medida en el flujo de calor radiativo liberado por la llama, lo que subraya la importancia de tener en cuenta la madurez para el diagnóstico experimental del hollín.

A canonical laminar coflow non-premixed flame was generated using a Jet A-1/air. The aviation fuel was vaporized and carried by methane, supplying a Gülder type burner. The coflow oxidizer employed was normal air at 21% oxygen molar fraction. The experiments were conducted to quantify soot properties, employing advanced non-intrusive laser-based multi-wavelength line-of-sight attenuation and emission measurements. Indeed, the experimental methodology systematically allowed to evaluate spatially-resolved soot properties as: temperature, maturity, absorption function, percentage of organic and graphitic compounds, volume fraction and heat radiative flux. The soot temperature distribution was found to be similar to alkenes and alkanes fuels. In fact, at higher radial and axial positions, the temperature increases, reaching a maximum of 1950 K. The level of maturity was found to be larger (increased amount of graphitic contents) in high soot temperature regions, suggesting a relationship between temperature and the maturation process. Also, mature soot particles are found on the top of the flame, close to the centerline zone and in the vicinity of the flame wings. As expected, the maturity had an effect on the absorption function, which was found to vary from 0.2 to 0.37 when the percentage of graphitic compounds changes from approximately 60% to 80% (mean values). The last findings influence the soot volume fraction. Indeed, the spatial variation of the absorption function, induces large differences on the retrieved soot volume fraction, around 1 ppm for the maximum values, as compared to use a constant value assuming that particles are completely mature. Finally, these observations influence largely the radiative heat flux released by the flame, emphasizing the importance of taking into account the maturity for soot experimental diagnostics.