شبيه‌سازي عددي رفتار ارتعاشي ديواره يك محفظه احتراق آزمايشگاهي

Numerical Simulation of Liner Vibrations in a Laboratory Combustion Chamber

محفظه احتراق يكي از اجزاي مهم سيستم‌هاي توليد توان است كه عملكرد مناسب آن در راندمان سيستم و نيز ميزان آلايندگي تاثير مستقيم دارد. افزايش روزافزون آلاينده‌هاي ناشي از محفظه‌هاي احتراق موجب توسعه روش‌هاي نوين احتراقي مانند احتراق رقيق پيش‌آميخته براي جايگزيني با شعله‌هاي سنتي غيرپيش‌آميخته شده است، اما‌ اين نوع احتراق بيشتر از احتراق سنتي در معرض ناپايداري‌ها و نوسانات فشار و سرعت است. به دليل حرارت بالاي محفظه، برهمكنش بين حرارت آزاد شده و امواج اكوستيك موجود در محفظه احتراق مي‌تواند منجر به تقويت امواج فشاري و ‌ايجاد نويز و صدا و ‌ايجاد ارتعاش در ديواره محفظه احتراق مي‌شود كه در صورت تداوم، مي‌تواند موجب آسيب شود. در پژوهش حاضر، ابتدا ارتعاشات آزاد ديواره محفظه در حالت سرد بررسي مي‌شود و مدل اجزاي محدود آن با بهره‌گيري از پارامترهاي مودال تجربي به‌روز ‌مي‌گردد. در حالت گرم نيز ابتدا فرايند به‌روزرساني مدل انجام شده و سپس با بهرهگيري از نتايج حاصل از تحليل جريان درون محفظه و با در نظر گرفتن شعله به عنوان يك منبع آكوستيك، پاسخ گذراي ديواره محاسبه مي‌شود. براساس نتايج بدست‌ آمده، پارامترهاي مودال ديواره با دقت قابل قبولي تخمين زده شده و با تحليل گذرا نيز دامنه سرعت ديواره با دقت قابل قبولي پيش‌بيني شده است.

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 non-premixed 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.