تحلیل صدای حاصل از احتراق با تغییر سرعت ورودی محفظه در شعله پیش‌مخلوط مغشوش رقیق

از مهم‌ترین مشکلاتی که در سه دهه اخیر در توربین‌های گازی مشاهده شده، ناپایداری احتراق به علت رقیق‌سازی مخلوط سوخت و هوا است. ناپایداری احتراق در نتیجه تاثیر متقابل بین فرآیند احتراق و فرآیندهای دینامیکی جریان در محفظه پدید می‌آید. عوامل متعددی در ایجاد ناپایداری احتراق موثرند، از جمله عوامل که امروزه به عنوان چالشی اساسی در این زمینه مطرح است، امواج آنتروپی هستند. امواج آنتروپی به‌عنوان نواحی داغ در حال حرکت با اینرسی جریان شناخته می‌شوند. هدف مطالعه حاضر، بررسی اثر جریان آشفته و انتقال حرارت بر امواج آنتروپی با تغییر سرعت ورودی جریان و شرایط مرزی گرمایی دیواره‌های محفظه احتراق به‌وسیله شبیه‌سازی عددی است. از نرم‌افزار کدباز openfoam برای شبیه‌سازی عددی استفاده می‌شود. برای تحریک آکوستیکی جریان، سرعت ورودی به صورت سرعت نوسانی با دامنه‌ها و فرکانس‌های مختلف اعمال خواهد شد. با توجه به اهمیت شبیه‌سازی دقیق جریان‌های آشفته احتراقی در حضور تحریکات آکوستیکی بدلیل اثر آکوستیک بر ساختارهای آشفتگی، در مطالعه حاضر از les استفاده می‌شود. هم‌چنین به‌منظور درنظر گرفتن اثرات تراکم‌پذیری در احتراق، مدل تراکم‌پذیر احتراقی فلیملت ولر برای شبیه‌سازی جریان احتراقی مورد استفاده قرار می‌گیرد. نتایج حاصل از شبیه‌سازی نشان می‌دهد بیشترین مقدار اضمحلال و پراکندگی موج آنتروپی در فرکانس تحریک رخ می‌دهد. فرکانس تحریک، فرکانس تعیین‌کننده سیستم است و انرژی عمده سیستم در آن حضور دارد و تحت بیشترین اثرات هیدرودینامیکی قرار می‌گیرد. با افزایش فرکانس تحریک، درصد اضمحلال و پراکندگی موج آنتروپی افزایش یافت، ازاین‌رو، احتمال حضور این امواج در فرکانس‌های کوچک‌تر بیشتر است. با افزایش فاصله از بالادست جریان، اضمحلال و پراکندگی موج آنتروپی افزایش یافت. مشاهده شد با افزایش سرعت ورودی از میزان اضمحلال و پراکندگی موج آنتروپی کاسته و بر اندازه موج آکوستیکی بازتاب شده و صدای آنتروپی افزوده خواهد شد. نتایج نشان داد زمانی‌که شرط مرزی دیواره از آدیاباتیک به انتقال حرارت همرفتی تغییر پیدا می‌کند، اثرات انتقال حرارت همرفتی بر دیواره‌ها موجب تخریب بیشتر موج در محفظه می‌شود.

analysis of combustion noise by changing inlet velocity in lean turbulent premixed flame

undesirable effects of entropy wave, such as higher levels of nox emission, combustion instability and generated noise, have been well known. however, the thermal and hydrodynamic conditions of the combustor can largely modify the extent of unfavorable influences by subsiding the strength of the generated hot spots. in this study, therefore, hot spot annihilation in a lean-premixed ethylene combustor is numerically studied using the flamelet model and large eddy simulation. the effects of various thermal and hydrodynamic conditions, such as inlet inlet velocity on entropy waves in both thermally convective and adiabatic combustor, are investigated. the resultant acoustic noise, potentially generated by the entropy waves, is also compared among studied cases, which demonstrates the necessity of embedding the thermo-hydrodynamic effects on the entropy waves in low-order models of combustion instability prediction. the results show that increase in inlet velocity improves combustion efficiency, it aids entropy waves survival and may cause subsequent instability or higher emission production. the results of this study can be beneficial to operate a lean-premixed combustor precisely in conditions far from generation of noise, emission or instability