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J-GLOBAL ID：201602239107832128   整理番号：16A0924004

弱旋回燃焼器における燃焼振動の音響モード解析

Acoustic Mode Analysis of Combustion Instabilities in a Low-Swirl Combustor

著者 (4件)： 山本姫子 (早稲田大 理工) ,  立花繁 (宇宙航空研究開発機構) ,  金井洸太 (早稲田大 理工) ,  佐藤哲也 (早稲田大 理工)
資料名： 日本ガスタービン学会誌  (Journal of the Gas Turbine Society of Japan)
巻： 44  号： 5  ページ： 399-407  発行年： 2016年09月20日 
JST資料番号： X0134A  ISSN： 0387-4168  資料種別： 逐次刊行物 (A)
記事区分： 原著論文  発行国： 日本 (JPN)  言語： 日本語 (JA)

抄録/ポイント： ガスタービンの低スワール数の予混合希薄燃焼器で発生する燃焼振動の音響モードについて,周波数,発生条件と安定/不安定等について準一次元解析と実験により検討した。初めに,実験装置の構成(弱スワールバーナー/スワーラ8枚,スワール数0.55,メタン/空気予混合気),火炎のOH^*化学ルミネセンス自発光画像,並びにPIVによる流速,変動圧力等の計測手法,および局所Rayleigh指標の算出方法を説明した。一方,準一次元の複数管路要素に関する質量,運動量,エネルギーの式に基づく波動伝搬方程式,および発熱変動と流速変動間の遅れ時間と熱変換係数を用いた火炎ソース項の表式等の線形解析の定式化を示した。流速(5~15m/秒),燃焼当量比(0.6~0.85)の条件での解析による圧力変動データから燃焼振動解析の対象条件(流速12.5m/秒,当量比0.71,周波数330Hz)を選定し,火炎温度(300~1855k),燃焼器長さ等をパラメータとして火炎位置,発熱変換係数,遅れ時間を決定,適用した。解析による燃焼器内の圧力変動の周波数スペクトルから5コの音響モードを特定し,プレナム入口が閉止端,燃焼室出口が開放端のモード4の振幅増幅率が最大で最も不安定となること,同モードの形状,周波数,位相差等の解析値が実験データと良い一致を示すこと等の結果を得た。また,支配的不安定モードのホッピング(跳び移り)に関する解析の結果,当量比の増加または流速の低下による遅れ時間の変化に起因して,一周期分小さな遅れ時間を有する同一モードへの移行,或いは二モード間の増幅率の大小関係の逆転による移行等のメカニズムを明らかにした。

シソーラス用語： ガスバーナー ,  *燃焼器 ,  *振動燃焼 ,  *音響モード ,  希薄燃焼 ,  予混合燃焼 ,  無次元数 ,  測光 ,  圧力変動 ,  遅れ ,  火炎 ,  比率
準シソーラス用語： Swirl数 ,  ガスタービン燃焼器 ,  *スワール燃焼器 ,  モードホッピング ,  *音響解析 ,  化学ルミネセンス測定 ,  時間遅れ ,  当量比

分類 (3件)： 燃焼理論  (XE04020H) ,  音響の励起・発生  (BB03020V) ,  振動の励起・発生・測定  (BB02030Z)

引用文献 (13件)：

• Lieuwen, T. and Yang, V., "Combustion Instabilities in Gas Turbine Engines Operational Experience, Fundamental Mechanisms, and Modeling," AIAA, Reston, VA (2005).
• Chan, C.K., Lau, K.S., Chin, W.K. and Cheng, R.K., "Freely propagating open premixed turbulent flames stabilized by swirl," Proc. Combust. Inst., 24 (1) (1992), pp.511-518.
• Cheng, R.K., Littlejohn, D., Nazeer, W.A. and Smith, K.O., "Laboratory studies of the flow field characteristics of low-swirl injectors for application to fuel-flexible turbines," J. Eng. Gas Turbines Power, 130 (2) (2008), pp.21501-21511.
• Cheng, R.K., Littlejohn, D., Strakey, P. and Sidwell, T., "Laboratory investigations of low-swirl injectors with H2 and CH4 at gas turbine conditions," Proc. Combust. Inst., 32 (2009), pp.3001-3009.
• Tachibana, S., Yamashita, J., Zimmer, L., Suzuki, K. and Hayashi, A.K., "Dynamic behavior of a freely propagating turbulent premixed flame under global stretch-rate oscillations," Proc. Combust. Inst., 32 (2) (2009), pp.1795-1802.

タイトルに関連する用語 (5件)： 旋回 ,  燃焼器 ,  燃焼 ,  音響モード ,  解析