SPECTRAL ANALYSIS OF DIFFUSION FLAME DYNAMICS WITH FUEL EXCITED AND ITS INTERACTION WITH AN ACOUSTICALLY RIJKE TUBE
الكلمات المفتاحية:
KEYWORDS: Thermo-acoustic Instability; Chemiluminescence Emissions; Rijke Tube; Power Spectrumالملخص
الملخص
عدم استقرار عمليات الاحتراق في المحركات الحرارية ذات حقن الوقود المستمر مثل التربينات الغازية والمحركات النفاثة يشكل تحديات كبيرة تؤثر على كفاءة واستهلاك الوقود وعمر المحرك. إحدى العوامل الهامة التي تسهم في عدم الاستقرار هو التفاعل بين تذبذب الحرارة المنبعثة من عملية الاحتراق والتذبذب في الضغط السمعي داخل غرفة الاحتراق. لقد كان معيار رايلي هام في فهم عدم الاستقرار السمعي الحراري في غرف الاحتراق، حيث تلعب الإثارة السمعية دورًا مهما في عدم استقرار اللهب. في هذه الورقة تمت دراسة معملية لديناميكية اللهب الانتشاري داخل أنبوبة رايجك المثارة سمعيا عند الترددات التوافقية التالية 74، 222 و370 هرتز, وترددات إثارة الوقود من 30 إلى 300 هرتز. تم قياس اشارة الضغط السمعي داخل الانبوب بواسطة نظام الميكروفون, وانبعاثات اللهب الضوئي الكيميائي بواسطة نظام الخلية الضوئية لحظياً. لوحظ بشكل واضح في اللهب النفث الحر, عند اثارة الوقود بالتردد 90 هرتز كان عدم استقرار للهب عالي جدا، مما أثر على مظهر اللهب والخصائص الطيفية له. تحت الاثارة السمعية للوقود تحول اللهب الرقائقي في بداية الاضطراب الى اللون الأزرق وبنية اللهب أخذت شكل حرف V مع سلوك دوراني حول محوره. عند زيادة سعة الاثارة ازدادت شدة الاضطرب, وارتفاع اللهب عن فوهة الحارق تم حدث إطفاء للهب نتيجة لشدة عدم استقراره، هذه التغيرات لها نفس السلوك عند زيادة معدلات تدفق الوقود. من التحليل الطيفي للهب قبل الاثارة للوقود كان التردد السائد هو 13 هرتز (نموذجي للهب الرقائقي) وعند زيادة سعة موجة الاثارة الصوتية ازدادت شدة عدم الاستقرار الى ان حدث اطفاء للهب. اما عند وضع اللهب داخل انبوبة ريجك مع ظروف مختلفة للإثارة, أظهرت التجارب ان هناك تفاعلات قوية بين إثارة الوقود والترددات التوافقية للأنبوب، لا سيما عند التردد التوافقي الأول حيث كانت تذبذبات الضغط ببطن (anti-node) الموجة الواقفة أكثر وضوحًا. أثر هذا التفاعل بشكل كبير على استقرار اللهب، وهو ما يتضح في مخطط قيم RMS لإشارة الانبعاث الضوئي الكيميائي. عند قمم (peaks) إنبعاثات التوهج الكيميائي كان اللهب مستقرا تماما, بينما أشارت الانخفاضات (decays) إلى عدم الاستقرار أو الانطفاء خاصة عند التردد التوافقي الأول للأنبوب, في حين لوحظت تأثيرات أقل عند التوافقيات الأعلى حيث كانت تذبذبات السرعة السمعية هي السائدة. أبرز تحليل الارتباط المتبادل بين التذبذب في الضغط السمعي وانبعاثات الضوئي الكيميائي للهب الفروق الواضحة بين الظروف المستقرة وغير المستقرة. تؤكد هذه النتائج على مدى تعقيد عدم استقرار الاحتراق وحساسيته للظروف الصوتية وترددات إثارة الوقود. تعتبر هذه الأفكار ضرورية لتطوير أنظمة فعالة للتحكم في الاستقرار، سواء كانت نشطة أو سلبية، تهدف إلى تعزيز أداء المحرك وموثوقيته في ظروف التشغيل المتنوعة.
