تحلیل تجربی ناپایداری های ترمو- آکوستیکی و اندرکنش مدهای نوسانی در شعله های پیش مخلوط رقیق با استفاده از تکنیک پردازش تصویر

مطالعه حاضر به بررسی برخی پدیده های گذرا که در زمینه ترموآکوستیک ناپایدار در یک محفظه احتراق با قدرت تقریبی ۱۰ کیلووات در مقیاس آزمایشگاهی روی می دهد، می پردازد. سوخت مورد بررسی متان با سرعت ورودی ثابت است و نسبت هم ارزی از ۷/۰ تا ۰/۸۷ تغییر می کند. جریان احتراقی آشفته به دو صورت پیش مخلوط کامل و ناقص انجام شده است و شعله به وسیله چرخش حاصل از چرخاننده و جسم مانع، پایدار شده است. در این تحقیق، از طریق گسترش طول پایین دست مجرا، نوسانات ترموآکوستیکی القا شده است و طیف های OH منتشر شده از شعله در فرکانس ۵ کیلوهرتز با استفاده از یک دوربین سرعت بالا، عکس برداری شده است. به طور هم زمان، نوسانات فشار در دو موقعیت مختلف در بالادست شعله اندازه گیری می شود. شروع عکس برداری و اندازه گیری حداقل ۳۰ ثانیه پس از آغازش شعله صورت می گیرد. دامنه محدود (limit cycle) تک فرکانس، در نسبت های همارزی کم و یا برای طول کوچک مجرای پایین دست مشاهده شد. هم چنین مشاهده شد که با افزایش اندکی در نسبت هم ارزی یا افزایش طول مجرای پایین دست، مد دوم در طیف فشار ظاهر می شود. مد دوم ایجاد شده در مقایسه با مد اول، فرکانس کوچکتری دارد که با زمان رشد کرده و در نهایت مد حاکم بر نوسانات می شود. این حالت در بیشتر موارد آزمایش شده، با بازگشت شعله به سمت بالادست جریان، همراه است. آنالیز تصاویر OH نیز چنین رفتاری از شعله را نشان می دهد. در طیف های OH انتگرال گیری شده، قله هایی شبیه به آنچه در طیف فشار مشاهده شد، وجود دارد. همچنین در این نمودارها، قله هایی به صورت ترکیب خطی از دو قله اصلی مشاهده شد. بررسی طیف های OH حاکی از آن است که در ناحیه نزدیک به پایه شعله و اطراف جسم مانع، این طیف تنها دارای دو قله کم ارتفاع است. با گستردگی شعله به سمت پایین دست، تعداد و ارتفاع این قله ها افزایش می یابد. این نوع رفتار در هر دو حالت پیش مخلوط کامل و ناقص مشاهده شد. این رفتار نشان دهنده یک رفتار غیرخطی در طیف هاست. علاوه بر موارد گفته شده، این تحقیق به دنبال یافتن پاسخ شعله به تحریک چندفرکانسی از طریق یک روش پردازش تصویر جدید است. این روش این امکان را می دهد تا رفتارهای پیچیده تر و دقیق تری از شعله در شرایط مختلف بررسی شود و به درک بهتری از پدیده های ترموآکوستیکی ناپایدار دست یافت.

کلیدواژه ها:

محفظه احتراق ، ناپایداری ، پیش مخلوط ، ترموآکوستیکی