Bir brülörde alevin kararlı durması kendiliğinden olmaz. Alev cephesi, kendi yayılma hızıyla karışımın gelme hızının dengelendiği yerde durur. Karışım hızlıysa alev üflenip söner, yavaşsa geriye doğru kaçar.
Pratikte bu denge, akışın kendisiyle kurulur.
Geri dolaşım bölgesi
Alev tutucunun (girdap kanatları, koni, kademe) arkasında düşük hızlı bir geri dolaşım bölgesi oluşur. Sıcak yanma ürünleri burada tutulur ve taze karışımı sürekli tutuşturur. Alevi ayakta tutan pilot budur.
Tasarım soruları bu bölge etrafında döner: geri dolaşımın boyutu, içindeki kalma süresi, sıcaklığı ve taze karışımla temas yüzeyi.
Girdap sayısı
Eksenel girdap verildiğinde, girdap sayısı belirli bir eşiği aşınca merkezde bir geri akış bölgesi açılır — girdap kırılması. Bu, endüstriyel brülörlerde alev tutmanın en yaygın mekanizmasıdır.
Eşiğin altında kararlı bir geri dolaşım yoktur; alev üflenmeye açıktır. Çok üstünde ise alev fazla kısalır, duvara yapışır ve yerel aşırı ısınma yaratır.
Modelleme zorlukları
Girdaplı akış anizotropiktir. İzotropik iki denklemli modeller girdap kırılmasını ve geri akış bölgesinin boyutunu yanlış verir; Reynolds gerilme modeli belirgin biçimde daha gerçekçidir [1]. Aynı sınırlama siklonlarda da geçerlidir.
Olay zamana bağlı olabilir. Girdap kırılması bölgesi salınır; kalıcı rejim çözümü yakınsamakta zorlanır ve bu, çoğu zaman fiziğin habercisidir. Bkz. yakınsama notu.
Sönme ve tutuşma kimyasaldır. Kararlılık sınırı soruluyorsa karışım tabanlı bir yanma modeli yetmez. Bkz. yanma modelleme notu.
Kabul kriteri
Analizden beklenen genellikle "alev var mı" değil, kararlılık payının ne kadar olduğudur: hangi hava fazlalığında ve hangi yükte sönme başlar. Bu, tek bir çalışma noktasında değil, bir aralık taranarak bulunur.
Kaynaklar
- Launder, B. E., Reece, G. J. & Rodi, W. (1975). Progress in the development of a Reynolds-stress turbulence closure. Journal of Fluid Mechanics, 68(3), 537–566.
- Magnussen, B. F. & Hjertager, B. H. (1977). On mathematical modeling of turbulent combustion with special emphasis on soot formation and combustion. Symposium (International) on Combustion, 16(1), 719–729. DOI: 10.1016/S0082-0784(77)80366-4