Bazı yanma odaları belirli çalışma noktalarında yüksek genlikli, neredeyse tek frekanslı bir salınıma girer. Gürültü rahatsız edicidir; asıl sorun, basınç genliğinin yapısal ve termal yükleri katlamasıdır.
Mekanizma
Salınım, ısı salımı ile akustik basınç dalgası arasındaki geri besleme döngüsünden doğar. Isı salımındaki dalgalanma basınç dalgasıyla aynı fazda ise, yanma akustik dalgaya enerji pompalar; dalga da karışım ve akış hızını modüle ederek ısı salımını yeniden dalgalandırır. Döngü kapanır ve genlik, doğrusal olmayan etkiler sınırlayana kadar büyür.
Belirleyici olan şey faz ilişkisidir: aynı fazda besler, ters fazda söner.
Neden tasarımla önlenmesi zor
Faz ilişkisi, yakıtın enjeksiyon noktasından alev bölgesine ulaşma süresine (konvektif gecikme) ve odanın akustik uzunluğuna bağlıdır. İkisi de çalışma noktasıyla değişir. Bu yüzden bir yükte kararlı olan sistem başka bir yükte kararsız olabilir ve kararsızlık genellikle sahada, dar bir çalışma aralığında ortaya çıkar.
Düşük NOx tasarımların bu probleme daha yatkın olması tesadüf değildir: fakir ve önkarışımlı yanma, ısı salımını akış dalgalanmalarına daha duyarlı hâle getirir. Bkz. NOx notu.
Modelleme yaklaşımı
Tam çözüm pahalıdır: akustik dalgaları ve ısı salımı dalgalanmasını birlikte çözmek gerekir, yani sıkıştırılabilir ve zamana bağlı bir hesap. Mach sayısı düşük olduğu için de sayısal olarak zordur.
Pratik yol iki adımlıdır: odanın akustik modlarını ayrıca çıkarmak, sonra alevin bu modlara nasıl tepki verdiğini (alev transfer fonksiyonu) belirlemek. İkisinin birleşimi kararlılık haritasını verir.
Pasif çözümler
Helmholtz rezonatörü, akustik astar, yakıt besleme empedansının değiştirilmesi. Hepsi belirli bir frekansa göre ayarlanır ve analizin işi o frekansı ve genliği önceden kestirmektir.
Kaynaklar
- 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