17696

17696

مطالعه تحليلي، عددي و تجربي رفتار امواج آنتروپي در جريان سرد

دكتري

تبديل انرژي

اسفند 1395

دكتر سيد مصطفي حسينعلي پور

مكانيك

بيش از صد سال است كه تجهيزات احتراقي و صنايع وابسته به آن با مشكلات ناشي از ناپايداري احتراق مواجه مي‌باشند. امواج آنتروپي به‌عنوان يكي از عوامل بالقوه اثرگذار بر ايجاد اين پديده مي‌باشد كه در دهه 70 ميلادي كشف شد. اين امواج نقاط داغ‌تر از جريان مي‌باشند كه توسط اينرسي جرياني حركت مي‌كنند. مطالعات اندكي پس از كشف اين امواج تا اوايل قرن حاضر انجام شده است. با اثبات نقش مهم اين امواج بر تغييرات ناپايداري محفظه‌هاي احتراق (مخصوصاً انواع هوايي)، و نيز صداي خروجي از آن‌ها توجهات به اين امواج روبه فزوني گذاشت. با اين‌حال، نقص مطالعات مرتبط با اين موضوع، ناديده گرفتن اثرات جريان بر امواج آنتروپي به‌صورت واقعي است كه موجب تناقض در ادبيات موضوع شده است. درواقع، هيدروديناميك جريان توانايي ايجاد بازه‌ي وسيعي از تغييرات را بر موج آنتروپي دارد كه مي‌تواند منجر به افت دامنه (مرتبط با اضمحلال) و كشيدگي (مرتبط با پراكندگي) اندك تا نابودي كلي اين امواج شود. ديدگاه‌هاي موجود در اين مورد در ادبيات موضوع، كه تماماً به عدم تغيير اين امواج يا نابودي كامل آنها اشاره دارند، متضمّن واقعيات موجود در محفظه‌هاي احتراق نيستند. اين نقص به اشكال در پيش‌بيني ناپايداري احتراق و صداي خروجي از محفظه در شرايطي كه عامل آنها امواج آنتروپي هستند منجر شده است. از اين‌رو، در پايان‌نامه حاضر، به بررسي تغييرات يك موج آنتروپي در يك كانال پرداخته شده است. اثرات متغيرهاي هيدروديناميكي و شرايط مرزي حرارتي بر تغييرات موج آنتروپي به‌صورت عددي و تجربي مطالعه شد. براي مطالعه كمّي تغييرات موج، توابع جديدي براي اولين بار در ادبيات موضوع معرفي شدند. همچنين، صحت فرض‌هاي مرسوم موجود در مطالعات تحليلي پيشين بررسي شد و نشان داده شد برخي از اين فرض‌ها محدوده اعتبار بسيار كوچكي دارند. اثرات امواج آنتروپي بر جريان محفظه احتراق براي اولين بار بررسي شد و نشان داده شد بر خلاف ادعاي موجود در ادبيات موضوع اين اثرات مي‌توانند چشمگير باشند. همبستگي تغييرات دامنه موج با متغيرهاي حاكم از طريق مطالعه تجربي به‌دست آمد و در ادبيات موضوع معرفي شد. همچنين، در بررسي تحليلي رساله حاضر، دامنه و فاز پاسخ يك نازل قرار گرفته در انتهاي محفظه احتراق به امواج آنتروپي كه از شرايط جرياني و مرزي متأثر شده‌اند، به‌دست آمد. براي اولين بار تغييرات موج به‌دليل كشيدگي در نازل محاسبه شد.

1396/04/23

3/19/2020 12:00:00 AM

It is more than two centuries that the combustion equipments have been exposed to combustion instabilities. Entropy waves as one of the potentially effective sources to motivate this phenomena, found in 70s. These waves are hotter spots in the flow, convected by the flow inertia. A little studies have been carried out until early current century. Proving the crucial role of entropy waves in provoking combustion instability and transmitted noise in aero-combustors leads to raising focusing on them. Ignoring the effect of flow field on the entropy waves, however, is the main defect of the current literature, which causes some inconsistencies. Flow hydrodynamics may remain a wide spectrum of change in the entropy waves, which may lead to minor dissipation, dispersion or hard survival of the entropy waves. The points in the literature, which indicate either complete survival or attenuation, cannot guarantee the realities in the combustors. This defect causes a flawed prediction for combustion instability and transmitted noise. This dissertation is accordingly devoted on the entropy wave changes in a channel. The effects of hydrodynamic parameters and thermal boundary conditions on entropy wave changes are investigated numerically and experimentally. To study the wave change quantitatively, some novel functions are firstly introduced. Furthermore, the validity of assumptions used in the previous analytical studies is investigated and it is shown that some of them have a tight validity region. The effects of entropy waves on the flow field is firstly studied and it is shown that these effect may be significant, unlike the current claims. A correlation between the wave amplitude and the governing parameters is computed according to the experiments. In the analytical work of the current study, the amplitude and the phase of a convergent-divergent nozzle response to an entropy waves, affected by the flow hydrodynamics and thermal conditions is obtained. The wave change in a nozzle due to stretching is computed for the first time.