تازه های تحقیق
در مطالعه حاضر اثر نوسانات آکوستیک بر روی پاسخ شعلههای V-شکل و M- شکل با فرض ثابت بودن سرعت شعله بررسی شده است. نتایج مربوط به تعیین محدوده پایداری شعله V-شکل و M-شکل نشان میدهد که شعله M محدوده پایداری کمتری نسبت به شعله V دارد. این امر مانع از انجام آزمایشهای تحریک آکوستیک روی شعله M- شکل در نسبتهای همارزی پایین ( 0.9>f1 ) میشود. به عبارتی دیگر شعله V- شکل در محدوده وسیعتری از نسبت همارزی پایدار میماند.
گردابههای حاصل از نوسانات سرعت در شرایط اعمال تحریک آکوستیکی، در محدوه مشخصی از تواتر تحریک، دارای اثراتی دوگانه بر روی شعله هستند. این گردابهها از یک طرف باعث افزایش سطح شعله میشوند و از طرف دیگر در برخی حالتها به دلیل برخورد با لبههای شعله باعث خاموشی موضعی شعله میشوند. نوسانات آکوستیکی نیز باعث تغییر شکل شعله شده و نرخ گرمای آزاد شده را تغییر میدهند. در صورت کوپل شدن این نوسانات گرما با نوسانات آکوستیکی موجود در محفظه سطح نوسانات افزایش مییابد و این میتواند موجب بروز ناپایداری احتراق در محفظههای محبوس شود.
نتایج بهره پاسخ شعله نشان میدهد که در محدوده پایین تواترهای تحریک شعلهها در مقابل تغییرات نسبت همارزی حساسیت بیشتری دارند. همچنین رابطه خطی فاز پاسخ شعله با تواتر تحریک، حاکی از وجود تاخیر فازی معین بین نوسانات آکوستیک اعمالی به شعله و نوسانات گرماست. در بازهای از تواترها، شعلههای V- شکل و M- شکل مانند تقویت کننده عمل میکنند که این نشان دهنده حساس بودن این شعلهها نسبت به نوسانات است. دلیل این حساسیت در شعله M- شکل آن است که لایههای مجاور شعله با یکدیگر اندرکنش سریع داشته و باعث میشوند که نرخ گرمای آزاد شده دستخوش تغییرات شدید شود. به کمک تابع پاسخ شعله که از محاسبه نسبت نوسانات گرما بر نوسانات فشار به دست آمده میتوان تا حدودی شرایط ناپایداری را پیشبینی کرد.
عنوان مقاله English
نویسندگان English
An experimental study was conducted on the response of V-shaped and M-shaped premixed flames to external acoustic excitation. Low emission premixed combustors with anchored V-flames are susceptible to combustion instabilities. V-flames attach to an anchoring rod at the centre of the burner, whereas M-flames attach to the anchoring rod as well as the burner rim. This is in contrast to conical flames which are anchored only on the burner rim. As a consequence, V- and M-shaped flames are more sensitive to external flow perturbations. In the present study, a mixture of propane-air was used. The mixture equivalence ratio was changed to determine the stability range of V- and M-shaped premixed flames. The results indicated that M-shaped flames have a narrower stability range compared to that of V- flames. This limited the equivalence ratios range for acoustic excitation experiments. In order to study the flame response to external acoustic excitations, a loud speaker was placed upstream of the flame to generate acoustic waves in a certain range of frequencies. Pressure fluctuations caused by the acoustically excited flame were measured by a microphone placed downstream of the burner. Flame imaging was done with a CCD high speed camera during acoustic excitations. These images were used for flame response determination. Image processing was accomplished using the MATLAB software to obtain the amplitude and phase of the flame response. Variations of the flame shape and the intensity of light emitted by the flame were examined during a period of excitation for various values of equivalence ratios and flow rates. The results indicated that the vortex shedding and roll-up due to the velocity perturbations play an important role on the flame response. The phase response of flames evolves quasi-linearly with excitation frequency, indicating a certain time delay for the fluctuations to reach the flame surface. Also, in a certain range of excitation frequency, the flame gain response exhibits more sensitivity to variation of the equivalence ratio. Observations of the V- flame behavior during a period of excitation have led to determination of the effects of nonlinear parameters on the flame response.
کلیدواژهها English