شبیه‌سازی عددی رفتار ارتعاشی دیواره یک محفظه احتراق آزمایشگاهی

محفظه احتراق یکی از اجزای مهم سیستم‌های تولید توان است که عملکرد مناسب آن در راندمان سیستم و نیز میزان آلایندگی تاثیر مستقیم دارد. افزایش روزافزون آلاینده‌های ناشی از محفظه‌های احتراق موجب توسعه روش‌های نوین احتراقی مانند احتراق رقیق پیش‌آمیخته برای جایگزینی با شعله‌های سنتی غیرپیش‌آمیخته شده است، اما‌ این نوع احتراق بیشتر از احتراق سنتی در معرض ناپایداری‌ها و نوسانات فشار و سرعت است. به دلیل حرارت بالای محفظه، برهمکنش بین حرارت آزاد شده و امواج اکوستیک موجود در محفظه احتراق می‌تواند منجر به تقویت امواج فشاری و ‌ایجاد نویز و صدا و ‌ایجاد ارتعاش در دیواره محفظه احتراق می‌شود که در صورت تداوم، می‌تواند موجب آسیب شود. در پژوهش حاضر، ابتدا ارتعاشات آزاد دیواره محفظه در حالت سرد بررسی می‌شود و مدل اجزای محدود آن با بهره‌گیری از پارامترهای مودال تجربی به‌روز ‌می‌گردد. در حالت گرم نیز ابتدا فرایند به‌روزرسانی مدل انجام شده و سپس با بهره‎گیری از نتایج حاصل از تحلیل جریان درون محفظه و با در نظر گرفتن شعله به عنوان یک منبع آکوستیک، پاسخ گذرای دیواره محاسبه می‌شود. براساس نتایج بدست‌ آمده، پارامترهای مودال دیواره با دقت قابل قبولی تخمین زده شده و با تحلیل گذرا نیز دامنه سرعت دیواره با دقت قابل قبولی پیش‌بینی شده است.

Numerical Simulation of Liner Vibrations in a Laboratory Combustion Chamber

Combustion chambers are an important part of power generation systems that affect their efficiency and environmental pollutions. To reduce the pollutions, lean premixed combustion was introduced to be used instead of traditional nonpremixed flames, however, this method has more tendency to become unstable. The thermal and acoustics interactions can amplify the acoustic waves and produce noise and increase the vibration level of the liner. The continuation of large amplitude vibrations can lead to failure. Therefore, the vibration modeling of the liner is very important. In this research, the vibration of a liner in a combustion chamber is investigated. The modal parameters in the cold and hot states are extracted from the finite element model. Then, model updating is utilized to modify the finite element model of the liner based on the experimental data. The flow analysis is also performed to obtain the pressure and velocity fluctuations during the analysis time. These data are used to model the flame as an acoustic source. Then, the transient analysis is evaluated to find the response of the liner due to this source. The results show the effectiveness of the updated model to predict the modal parameters and the vibration amplitude of the liner.