بررسی تجربی و تحلیلی بسامد حالت‌های نوسانی در محفظه‌های احتراق ناپایدار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 نویسنده مسئول و استادیار، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهر ری،

2 دانشیار دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکده هوافضا

3 دانشیار دانشگاه صنعتی خواجه نصیر، دانشکده هوافضا

4 کارشناس ارشد دانشگاه امیرکبیر، دانشکده هوافضا

چکیده

احتراق پیش مخلوط با نسبت سوخت به هوای کم برای موتورهای توربین ­گازی به عنوان روشی برای رسیدن به استانداردهای زیست محیطی در رابطه با انتشار NOx پذیرفته شده است. با این حال این فرایند­های احتراقی برای تحریک ناپایداری احتراق بسیار مستعد هستند. هدف اصلی از این تحقیق، بررسی تجربی و تحلیلی حالت­های[i] اصوات[ii] محفظه احتراق در هنگام ناپایداری احتراق است. برای این منظور یک محفظه احتراق از نوع پیش مخلوط طراحی و ساخته شد، و آزمایش­های مربوطه برای دو حالت پایدار و ناپایدار انجام شده است. در این طرح از پروپان گازی به عنوان سوخت استفاده شده و آزمایش­ها در فشار اتمسفر و در نسبت تعادل بین 7/0 الی 2/1 انجام شده است. برای تعیین بسامد[iii] نوسانات ناپایدار در محفظه احتراق در شرایط مختلف، از      منحنی­های هیستوگرام[iv]، اسپکترال[v] و منحنی انتقال فوریه نوسانات فشاری استفاده شده است. سپس بصورت تحلیلی بسامد حالت­های اصوات محاسبه گردید و کد کامپیوتری نیز برای این منظور نوشته شده است. در پایان نتایج بدست آمده از روش تحلیلی با مقادیر تجربی مقایسه شده­اند که دقت نتایج رضایت بخش می­باشد.



[i] مودهای


[ii] آکوستیکی


[iii] فرکانس


[iv]  Histogram


[v]  Spectral

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Analytical and Experimental Investigation of Frequency of Oscillation Modes in Combustion Chambers of Gas Turbines

نویسندگان [English]

  • Nozar Akbari 1
  • Naser Seraj Mehdizadeh 2
  • Reza Ebrahimi 3
  • Mohammad reza Pakatchian 4
چکیده [English]

Premixed combustion is widely used for simulation of combustion chambers of gas turbines, utilized for low NOx emission applications. However, this category of gas turbine is susceptible to combustion instability. The main aim of this investigation is to focus on thermo-acoustic instability modes in gas turbine combustion chambers. Both analytical and experimental methods are applied for this study. For this purpose, an experimental combustion chamber is designed and fabricated and various experiments are planned and performed in order to achieve the behavior of combustion chamber during stable and unstable conditions. In this research, gaseous propane is introduced as fuel and experiments are performed at nearly atmospheric pressure with equivalence ratios within the range of 0.7 to 1.2. To distinguish the frequency of combustion instability, through various operating conditions, probability density functions, spectral diagrams and the discretized fast Fourier transform of pressure wave oscillations are employed. Moreover, an analytical method is applied and a computer code is written and elaborated for this purpose. Instability frequencies are derived experimentally and analytically and the results are compared with each other. Accordingly, good agreements are observed between the results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Combustion Instability
  • Gas Turbine Engine
  • Premix Combustion

مراجع

[1] Akbari, N, Mehdizadeh, N S; R “Thermo-Acoustic Instability Simulation in Gas Turbine”, Journal of Mechanics, Vol.25, No.4, pp. 279-289 December, (2009)
[2] Lieuwen T., Yang V., “Combustion Instabilities in Gas Turbine Engines: Operational, Experience, Fundamental Mechanisms and Modeling”, AIAA )2006(
[3] You D., “A Three-Dimensional Linear Acoustic Analysis of Gas-Turbine Combustion Instability”, Thesis, Pennsylvania State University, May (2004)
[4] Lieuwen T.; “A Mechanism of Combustion Instability in Lean Premixed Gas Turbine Combustor”, Transactions of ASM, Volume123, January (2001)
[5] Lieuwen, T., and Zinn B., “The Role of Equivalence Ratio Oscillations in Driving Combustion Instabilities in Low NOx Gas Turbine”, Twenty-Seventh Symposium (International) on Combustion, The Combustion Institute, pp. 1809-1816 (1998)
[6] Lieuwen, T., “Experimental Investigation of Combustion Instability in a Gas Turbine Combustor Simulator”, Journal of Propulsion and Power, AIAA-99-0712 pp. 1-10 (1999)
[7] Lieuwen, T., “Experimental Investigation of Limit Cycle Oscillations in an Unstable Gas Turbine Combustor”, Journal of Propulsion and Power, Vol. 18, No. 1, February, pp. 61-67 (2002)
[8] Culick F.E.C., “Combustion Instabilities in Liquid Rocket Engine: Fundamentals and Control”, California Institute of Technology, 28-29 October (2002)
[9] Poinsot, T. and Veynant, D.; “Theoretical and Numerical Combustion”, Philadelphia, Edwards,
)2005(

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار