Moderne Gasturbinen verwenden eine magere vorgemischte Verbrennung, um NOx-Emissionen zu reduzieren. Flammen in einer solchen Verbrennung sind jedoch anfällig für thermoakustische Instabilitäten, die aus einer Zweiwegekopplung zwischen den akustischen Moden der Brennkammer und einer instationären Wärmefreisetzung resultieren. Die dynamische Reaktion von Flammen auf akustische Störungen wird in Form von geschwindigkeitsgekoppelten Flammenübertragungsfunktionen (FTFs) quantifiziert. Diese Studie wurde durchgeführt, um die FTFs einer perfekt vorgemischten Erdgasflamme in einer Gasturbinenbrennkammer zu messen, die einer 1D-Längsthermoakustik unterzogen wurde. Messungen wurden für thermische Leistung im Bereich von 40–55 kW und Luftzahl im Bereich von 1,4–1,7 durchgeführt, wobei das Frequenzspektrum von 80–640 Hz abgedeckt wurde. Die ansonsten stabile Drallflamme wurde durch die vor- und nachgeschalteten Sirenen zur akustischen Anregung gezwungen. Das akustische Verhalten von Brenner und Flamme wurde anhand der aus Schalldruckmessungen an mehreren axialen Stellen mit Mikrofonen ermittelten Übertragungsmatrizen charakterisiert. Die FTFs wurden dann unter Verwendung der Transfermatrix der Flamme bewertet. Alternativ wurde die Wärmefreisetzungsschwankung direkt unter Verwendung eines Photomultipliers gemessen, der mit einem OH*-Chemilumineszenzfilter installiert war. Durch Abgleichen der Ergebnisse der beiden Verfahren wurden Abschätzungen für die Brenner- und Flammentemperaturen erhalten. Diese Schätzungen zeigten einen ähnlichen Trend, wie er von einem analytischen Modell aus früheren Untersuchungen vorhergesagt wurde. Die angewandten Verfahren zeigten eine gute Reproduzierbarkeit der FTF-Ergebnisse. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Ergebnisse nicht von den Messorten für den Schalldruck beeinflusst wurden. Die Variation der FTFs mit der thermischen Leistung und dem Luftverhältnis wurde unter Verwendung der Variation der Flammengeometrie erklärt, die mittels OH*-Chemilumineszenz-Bildgebung bewertet wurde. Die FTF-Amplitude nahm im Allgemeinen mit der thermischen Leistung und dem Luftverhältnis zu, mit Ausnahme einer Abnahme bei hoher Frequenz mit zunehmendem Luftverhältnis. Die Phasendiagramme deuteten auf eine konstante konvektive Zeitverzögerung zwischen den Geschwindigkeitsstörungen und der Schwankung der Flammenwärmefreisetzung hin, die mit zunehmendem Luftverhältnis zunahm. Außerdem wurde ein Modell reduzierter Ordnung von FTFs entwickelt, das auf der Proper Orthogonal Decomposition (POD) basiert. Das Modell bot eine Zerlegung der FTF-Empfindlichkeit gegenüber Betriebsparametern. Einige der resultierenden POD-Modi korrelierten gut mit den physikalischen Empfindlichkeitsmechanismen und trugen zum Verständnis der FTF-Variation mit den Betriebsbedingungen bei. Darüber hinaus wurden die Modellergebnisse verwendet, um die FTF an einem nicht gemessenen gewünschten Arbeitspunkt einfach durch die Interpolation von POD-Koeffizienten zu schätzen. Die Modellierungsergebnisse wurden gegen die experimentellen Messungen validiert und es wurde eine gute Übereinstimmung erzielt.
(Übersetzt von Google)
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Moderne Gasturbinen verwenden eine magere vorgemischte Verbrennung, um NOx-Emissionen zu reduzieren. Flammen in einer solchen Verbrennung sind jedoch anfällig für thermoakustische Instabilitäten, die aus einer Zweiwegekopplung zwischen den akustischen Moden der Brennkammer und einer instationären Wärmefreisetzung resultieren. Die dynamische Reaktion von Flammen auf akustische Störungen wird in Form von geschwindigkeitsgekoppelten Flammenübertragungsfunktionen (FTFs) quantifiziert. Diese Studie w...
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