بررسی ناپایداری احتراق در محفظه احتراق حلقوی

بوجود آمدن ناپایداری حاصل از دینامیک احتراق در محفظه احتراق سیستم پیشرانش و توربین صنعتی چالش بزرگی برای طراحان در راه طراحی و توسعه محفظه احتراق محسوب می‌شود. اهداف موردنظر برای افزایش و بهبود عملکرد و کاهش آلاینده در محفظه‌های توربین‌گاز هوایی و صنعتی موجب جدی‌تر شدن این مساله شده و باعث می‌شود که محفظه در مرز پایداری دینامیکی و یا استاتیکی قرار گیرد. ناپایداری احتراق علاوه بر اینکه بر عملکرد موتور و محفظه تاثیر می‌گذارد، منجر به صدای ناهنجار، خسارت و هزینه می‌شود. احتراق ناپایا سبب ایجاد امواج آکوستیکی در محفظه احتراق می‌شود، که این امواج به نوبه خود نرخ ورود جریان هوا و سوخت به محفظه را دستخوش تغییر می‌کنند. چنانچه میان امواج آکوستیک و نوسانات احتراقی ارتباط فازی مناسب برقرار شود، نوسانات خودانگیخته شروع به رشد می‌کنند. از آنجا که امواج آکوستیکی دارای نقش اساسی در بروز این پدیده هستند. اگرچه کوپلینگ میان احتراق و آکوستیک، فرکانس نوسانات را تغییر می‌دهد، اما در اکثر موارد این تغییر فرکانس اندک است. از آنجاییکه که ناپایداری احتراق در یکی از فرکانس‌های آکوستیکی طبیعی محفظه احتراق رخ می‌دهد، شناسایی فرکانس‌های طبیعی آکوستیکی محفظه احتراق و شکل مودها، اولین گام در جهت تشخیص شرایط بروز پدیده ناپایداری می‌باشد. محفظه‌های موتور هوایی به دلیل دایروی بودن قابلیت نوسان در جهات طولی، شعاعی و مماسی را می‌توانند داشته باشند. البته مود حاکم بر اینگونه محفظه‌ها مماسی می‌باشد. در شناخت پدیده ناپایداری احتراق می‌بایست همچنین به شناخت مکانیزمهای موثر بر بروز این پدیده پرداخت. بررسی این پدیده می‌بایست از زوایای مختلف صورت گیرد. روشهای مدلسازی، روشهای عددی، مطالعه اثرات شرایط محیطی، ارائه روشهای کنترلی احتراق، و در نهایت معرفی تستهای تجربی مورد نیاز برای بررسی ناپایداری احتراق، می‌بایست صورت پذیرد. نتایج بدست آمده از تست و تحلیل و شبیه‌سازی می‌توانند برای اعتبارسنجی یکدیگر بکار روند. در اینجا پس از بیان مفاهیم اولیه در ناپایداری احتراق، مکانیزمهای موثر بر بروز این پدیده و روشهای کنترل، به بررسی تجربیات گذشته در تست و ارزیابی آکوستیک نازل سوخت و محفظه احتراق پرداخته شده است. به منظور درک بهتر از نحوه شکل‌گیری نوسانات ترموآکوستیکی در یک محفظه حلقوی توربین‌گاز، تحلیل مودهای آکوستیکی با استفاده از نرم افزار comsol صورت گرفت. تاثیر شرایط مرزی باز و بسته و در نظر گرفتن قطاع به جای تمام محفظه بررسی گردید دیگر شرایط مرزی و در نظر گرفتن شرایط مختلف پروازی می‌تواند در این بررسی لحاظ گردد. دما و چگالی جریان داخل محفظه از تحلیل cfd محفظه که قبلا انجام شده بود بدست آمد و به عنوان ورودی در نرم افزار بکار گرفته شد. برای بدست آوردن تجربی فرکانس نوسانات، دو محفظه موردنظر میکروفون گذاری شدند. داده های حاصل از این تست، بیانگر اعتبار نتایج حل عددی و کد یک بعدی بود.