بررسی ناپایداری ترموآکوستیکی در محفظه احتراق حلقوی-استوانهای
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1099-ISAV2025 (R1)
نویسندگان
مهندسی هوایی مپنا
چکیده
محفظه احتراق موتور JT8D در شکست زودهنگام پرههای طبقه سوم و چهارم توربین میتواند تاثیرگذار باشد. به این منظور به بررسی ناپایداری احتراق در محفظه احتراق JT8D پرداخته شد. زیرا مهمترین عامل ارتعاش در محفظه احتراق ناپایداری احتراق میباشد. 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. 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 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. بررسی این پدیده میبایست از زوایای مختلف صورت گیرد. روشهای مدلسازی، حل 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، تحلیل و شبیهسازی میتوانند برای اعتبارسنجی یکدیگر بکار روند. به منظور درک بهتر از نحوه شکلگیری نوسانات ترموآکوستیکی در یک محفظه حلقوی-استوانهای توربینگاز، تحلیل مودهای آکوستیکی با استفاده از نرم افزار کامسول و تحلیل یک بعدی صورت گرفت. برای بدست آوردن تجربی فرکانس نوسانات، محفظه احتراق JT8D میکروفونگذاری شدند. دادههای حاصل از این تست، بیانگر اعتبار نتایج حل عددی و کد یک بعدی بود. در نتایج حل عددی مشاهده شد که شکل مودهای این محفظه در برخی فرکانسها نظم سهتایی به خود میگیرد. که این نظم موجب قویتر شدن نوسان در آن فرکانس میشود. در نهایت دو راه حل برای رفع این مشکل پیشنهاد گردید.
کلیدواژه ها
Title
Investigation of Thermoacoustic Instability in Can-Annular Combustion Chamber
Authors
somayeh nosrati, Abbas Elkaei, Roohallah Sobhani, Mohammad mehdi Barjesteh, Saeedreza Zadsirjan
Abstract
The combustion chamber of the JT8D aero engine can contribute to the failure of the turbine’s third and fourth stage blades due to combustion instability. This study investigates the combustion dynamics in the JT8D chamber, as instability is a major cause of pressure oscillations in combustion systems. Such instabilities pose significant challenges for designers, affecting engine performance, generating noise, causing damage, and increasing operational costs. Combustion instability produces acoustic waves that influence the air-fuel flow rate; when these waves become phase-locked with combustion oscillations, spontaneous oscillations develop. Because these instabilities occur at the natural acoustic frequencies of the chamber, identifying these frequencies and their mode shapes is a crucial first step. In this research, numerical modeling and acoustic mode analysis were conducted using COMSOL software to study thermoacoustic oscillations in a can-annular gas turbine combustion chamber. Experimental measurements were also performed using microphones to determine oscillation frequencies, confirming the accuracy of the numerical and one-dimensional code result. The corresponding mode shapes were identifies, revealing the frequencies most prone to oscillation. Finally, two potential solutions are proposed to mitigate combustion instability in the JT8D combustion chamber.
Keywords
combustion instability, Acoustic test, Numerical simulation