تدخل بعض حجر الاحتراق عند نقاط تشغيل معيّنة في تذبذب عالي السعة وشبه أحادي التردد. والضجيج مزعج؛ لكن المشكلة الحقيقية أن سعة الضغط تُضاعف الأحمال الإنشائية والحرارية.
الآلية
ينشأ التذبذب من حلقة تغذية راجعة بين إطلاق الحرارة وموجة الضغط الصوتية. فإذا كان تذبذب إطلاق الحرارة في طور موجة الضغط ضخّ الاحتراقُ طاقةً في الموجة الصوتية؛ والموجةُ بدورها تعدّل المزج وسرعة الجريان فتُعيد إطلاق الحرارة إلى التذبذب. فتُغلَق الحلقة وتنمو السعة إلى أن تحدّها الآثار اللاخطية.
والفيصل هو علاقة الطور: التوافق في الطور يغذّي، والتعاكس يخمد.
لماذا يصعب التخلص منه بالتصميم
تتوقف علاقة الطور على الزمن الذي يقطعه الوقود من موضع الحقن إلى منطقة اللهب (التأخر الحملي) وعلى الطول الصوتي للحجرة. وكلاهما يتغير بتغير نقطة التشغيل. ولذلك قد تكون منظومة مستقرة عند حمل ما غيرَ مستقرة عند آخر، ويظهر عدم الاستقرار عادةً في الميدان ضمن نطاق تشغيلي ضيق.
وليس مصادفةً أن التصاميم منخفضة أكاسيد النيتروجين أكثر عرضةً لذلك: فالاحتراق الفقير المسبق الخلط يجعل إطلاق الحرارة أشدّ حساسية لتذبذبات الجريان. انظر ملاحظة أكاسيد النيتروجين.
نهج النمذجة
الحل الكامل مكلف: إذ يجب حلّ الموجات الصوتية وتذبذب إطلاق الحرارة معًا، أي حساب قابل للانضغاط وعابر. ولأن عدد ماخ منخفض فهو عددياً شاقّ أيضًا.
أما الطريق العملي فخطوتان: استخراج الأنماط الصوتية للحجرة على حدة، ثم تحديد استجابة اللهب لتلك الأنماط (دالة انتقال اللهب). وبدمج الاثنين تُستخرج خريطة الاستقرار.
المعالجات السلبية
مرنانات هلمهولتز، أو البطانات الصوتية، أو تغيير ممانعة تغذية الوقود. وكلها مضبوطة على تردد بعينه، ومهمة التحليل التنبؤ بذلك التردد وبالسعة سلفًا.
المراجع
- Magnussen, B. F. & Hjertager, B. H. (1977). On mathematical modeling of turbulent combustion with special emphasis on soot formation and combustion. Symposium (International) on Combustion, 16(1), 719–729. DOI: 10.1016/S0082-0784(77)80366-4
- Ferziger, J. H., Perić, M. & Street, R. L. (2020). Computational Methods for Fluid Dynamics, 4th ed. Springer. DOI: 10.1007/978-3-319-99693-6