عنوان پایان‌نامه
پاسخ شعله پیش مخلوط آرام به نوسانات جریان
- رشته تحصیلی
- مهندسی هوا - فضا - جلوبرندگی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 64953;کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 122
- تاریخ دفاع
- ۲۳ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- غزاله اسمعیل زاده
- استاد راهنما
- محمدحسین صبور, روزبه ریاضی
- چکیده
- در این رساله، با ارائه مدل تحلیلی از دینامیک شعله پیش مخلوط، به¬منظور پیش‌بینی رفتار اینگونه شعله¬ها، به بررسی پاسخ شعله پیش مخلوط به نوسانات جریان پرداخته می¬شود. مطالعه پاسخ پیش مخلوط عموماً به‌عنوان مقدمه-ای بر مبحث دلایل بروز ناپایداری احتراق در نظر گرفته می¬شود. ناپایداری احتراق در اثر همگیری (کوپلینگ) نوسانات حرارت آزادشده از شعله¬ی تثبیت شده در مشعل و نوسانات جریان بالادست بوجود می‌آید. در این مطالعه ابتدا با ارائه یک مدل ساده از دینامیک شعله و مشخصه‌های جریان، پاسخ خطی انواع مختلف شعله اعم از شعله¬های V- شکل، مخروطی و M- شکل به نوسانات سرعت یکنواخت (نوسانات آکوستیکی) جریان بررسی می¬شود. در بخش بعد با ارائه مدل تحلیلی دیگری از سینماتیک جبهه شعله، پاسخ خطی این شعله¬ها به نوسانات انتقالی سرعت و نسبت هم¬ارزی مطالعه می‌شود. در این رساله، با انتخاب رژیم احتراقی صفحه نازک (Thin sheet flamelet)، فرض ثابت بودن سرعت سوزش شعله توسعه داده شده است؛ بدین معنی که سرعت سوزش شعله، به‌صورت تابعی از زمان و مکان انتشار و پیشروی شعله از نگهدارنده¬ی شعله در نظر گرفته شده است. نتایج بدست آمده از دستاوردهای تئوری از مقایسه مدل شعله با سرعت در حال رشد شعله نسبت به مدل شعله با سرعت ثابت حاکی از آن است که دامنه پاسخ (تابع تبدیل) شعله به نوسانات سرعت یکنواخت جریان کاهش یافته و فاز آن افزایش می¬یابد. از طرفی درنظرگیری اثر رشد سرعت شعله، موجب افزایش دامنه و افزایش فاز پاسخ شعله به اختلالات سرعت انتقالی و نوسانات هم¬ارزی می‌گردد. نتایج مربوط به مقایسه پاسخ شعله‌ی پیش¬مخلوط با هندسه¬های مختلف، حاکی از آن است که دامنه پاسخ شعله‌های V- شکل در مقایسه با شعله‌های مخروطی، تغییرات بیشتری از خود نشان می‌دهند. به عبارتی این شعله‌ها، حساسیت بیشتری نسبت به نوسانات جریان از خود نشان می‌دهند و فاز پاسخ شعله¬های V- شکل با رفتار شبه خطی تغییرات بیشتری را نسبت به رفتار اشباع‌شده‌ی فاز پاسخ شعله¬های مخروطی نشان می‌دهد. در مطالعه حاضر، شعله‌های M- شکل در مقایسه با شعله‌های V- شکل بدلیل بیشتر بودن سطح جبهه شعله ،در شعله¬های M- شکل، تغییرات بیشتری در دامنه پاسخ شعله از خود نشان می¬دهند. حال آن¬که فاز پاسخ این شعله‌ها تغییرات کمتری در مقایسه با شعله‌های V- شکل در بازه مشخصی از فرکانس خواهند داشت؛ درنتیجه می‌توان گفت که در بازه مشخصی از فرکانس نوسانات، اختلالات یکنواخت جریان و نوسانات انتقالی سرعت و نسبت هم ارزی اثر قوی‌تری بر نوسانات حرارت آزاد شده در شعله های M- شکل خواهند داشت. کلمات کلیدی: ناپایداری احتراق، مدل سینماتیکی شعله‌ی پیش مخلوط، پاسخ شعله، نوسانات جریان، اثر سرعت سوزش در حال رشد شعله
- Abstract
- This thesis describes an investigation on premixed flame response to velocity oscillations using analytical flame models. Studies on the response of premixed flames are usually considered as an important part of the investigations on the mechanisms of occurance of combustion instabilities in lean premixed combustors. The combustion instabilities in premixed combustors usually occur due to the coupling between the unsteady heat release and the upstream flow oscillations. In the first part of the thesis, the response of different flame geometries (i.e. V-flame, Conical Flame, M-Flame) to the uniform (acoustic) velocity oscillations was studied analytically. In second part of the thesis, the response of these flames to convected velocity perturbations and equivalence ratio oscillations was investigated using another extended flame model. Moreover, the assumption of constant flame speed was extended and the effect of flame speed development was studied in this thesis. In other words, it is assumed that the flame speed would grow with the time after ignition or with the distance from a flameholder. The results show that the effect of flame speed development could induce an decreasing gain and increases the phase of the flame response (transfer function) to the uniform velocity oscillations. However, this effect causes an increase of the gain and phase of the flame response to convected velocity and equivalence ratio oscillations. Comparing the transfer function of different geometries of premixed flames show that, the variations in gain of flame response upon non-dimensional frequency in the case of a V-flame have higher values than the conical flame. In other words these types of flames might be more susceptible to flow oscillations than conical flames. Furthermore, the variations in phase of the V-flames response, which show a quasi-linearly behavior with Strouhal number, have higher values than the saturated behavior in phase of the conical flame response. Due to the higher flame surface area in M-flames compared with the case of V-flames, the variations in gain of these types of flames response have higher values than the case of V-flames. However, the variations in the response phase of these flame have lower values than the V-flames. In the framework of the studies which have been carried out in this thesis, the results show that the flow oscillations might exert a stronger impact on the unsteady heat release fluctuations in M-flames compared to the case of V-flames. Keywords: Combustion instability, Kinematic premixed flame model, Flame response, Flow oscillations, Flame speed development effect
