นักวิจัยในญี่ปุ่นได้ระบุวงจรป้อนกลับที่กระตุ้นการสั่นของการเผาไหม้ที่สร้างความเสียหายในเครื่องยนต์จรวด พวกเขาพบว่าแหล่งพลังงานเทอร์โมอะคูสติกที่สร้างขึ้นเป็นตัวออกซิไดเซอร์และเชื้อเพลิงไหลเข้าสู่ห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ ทำให้เกิดการไหลของเชื้อเพลิง ความดัน และความร้อนที่ผันผวนประสานกันอย่างมาก เครื่องยนต์สันดาปเป็นพลังงานส่วนใหญ่ของเทคโนโลยีการขนส่งของเรา
และยังใช้
ในกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าอีกด้วย แต่เครื่องยนต์เหล่านี้สามารถพัฒนาการสั่นสะเทือนความถี่สูง ซึ่งก่อให้เกิดความเสียหายต่อโครงสร้าง ทำให้อายุการใช้งานของเครื่องเผาไหม้สั้นลง และอาจทำให้ไม่ปลอดภัย “การสั่นของการเผาไหม้ของเทอร์โมอะคูสติก ซึ่งเป็นความไม่เสถียรในตัวเอง
เกิดขึ้นจากการเชื่อมต่อระหว่างอุทกพลศาสตร์ คลื่นอะคูสติก และความผันผวนของอัตราการปลดปล่อยความร้อนภายในตัวเผาไหม้” ฮิโรชิ โกโตดะ วิศวกรเครื่องกลแห่งมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์โตเกียวกล่าวกับ เขาตั้งข้อสังเกตว่าพวกมันถูกจัดประเภทตามความผันผวนของแรงดัน
ในห้องเผาไหม้ ขึ้นอยู่กับช่วงของความถี่หลักในห้อง เช่น ความถี่ต่ำ (50 Hz), ระดับกลาง (50–1,000 Hz) และความถี่สูง (สูงกว่า 1,000 Hz) . เสริมว่าการแกว่งของการเผาไหม้เหล่านี้เป็นอุปสรรคต่อการพัฒนาเครื่องเผาไหม้สำหรับเครื่องยนต์จรวดและเครื่องบิน รวมถึงโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซบนบก
เนื่องจากความเสียหายทางโครงสร้างที่ไม่อาจยอมรับได้ จำเป็นต้องมีความเข้าใจเชิงลึกเกี่ยวกับสาเหตุของการสั่นของการเผาไหม้เหล่านี้ การสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ ในงานวิจัยล่าสุดของพวกเขาซึ่งตีพิมพ์ และเพื่อนร่วมงานของเขาใช้แบบจำลองการคำนวณของเครื่องเผาไหม้จรวดเพื่อศึกษาเหตุการณ์การเผาไหม้และการสั่นของการเผาไหม้ โดยใช้วิธีการวิเคราะห์อนุกรมเวลา
ที่ซับซ้อน
อิงตามทฤษฎีข้อมูล พลศาสตร์เชิงสัญลักษณ์ และความซับซ้อน เครือข่าย จุดมุ่งหมายของงานคือการตรวจสอบกลไกทางกายภาพที่เป็นรากฐานของการก่อตัวและการคงอยู่ของการสั่นของการเผาไหม้ด้วยความถี่สูง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกเขาสนใจในกระบวนการป้อนกลับระหว่างความผันผวนของความเร็ว
การไหลในเชื้อเพลิงและหัวฉีดออกซิไดเซอร์ และความผันผวนของความดันและอัตราการปลดปล่อยความร้อนในการเผาไหม้เครื่องยนต์จรวดใช้หัวฉีดเชื้อเพลิงเพื่อส่งเชื้อเพลิง ซึ่งโดยปกติแล้วจะเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน ซึ่งเรียกว่า “ตัวออกซิไดเซอร์” ไปยังห้องเผาไหม้ที่มีการจุดระเบิด
และการเผาไหม้เชื้อเพลิงตามมา นักวิจัยได้ค้นพบความสัมพันธ์แบบป้อนกลับระหว่างความผันผวนของความเร็วการไหลของหัวฉีดเชื้อเพลิงและความผันผวนของแรงดันในการเผาไหม้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกเขาพบว่าความผันผวนของแรงดันในหัวเผาทำให้เกิดความผันผวนของความเร็วการไหล
ในหัวฉีดเชื้อเพลิง ส่งผลให้เกิดการจุดระเบิดเป็นระยะของเชื้อเพลิงที่ไม่เผาไหม้และส่วนผสมของสารออกซิไดเซอร์ ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในตำแหน่งจุดระเบิดและอัตราการปลดปล่อยความร้อนในเครื่องเผาไหม้ ความผันผวนของอัตราการปลดปล่อยความร้อนเหล่านี้ทำให้เกิด
ความผันผวนของแรงดันในการเผาไหม้ ซึ่งเริ่มส่งผลกระทบอย่างมากต่อความผันผวนของอัตราการปลดปล่อยความร้อน โดยทำให้เกิดความผันผวนของความเร็วการไหล เมื่อข้อเสนอแนะนี้ดำเนินต่อไป นักวิจัยพบว่าความผันผวนของการปล่อยความร้อนและความผันผวนของความดันจะสอดคล้องกันอย่างมาก
ตรวจสอบเครื่องยนต์จรวดที่มีตัวเผาไหม้ทรงกระบอกที่มีหัวฉีดเชื้อเพลิงโคแอกเชียลอยู่นอกศูนย์กลาง เชื้อเพลิงไหลเข้าสู่การเผาไหม้จากส่วนนอกของหัวฉีดโคแอกเชียล ในขณะที่ตัวออกซิไดเซอร์ไหลจากส่วนใน นักวิจัยพบว่ากลุ่มแหล่งพลังงานเทอร์โมอะคูสติกพัฒนาขึ้นในบริเวณชั้นอุทกพลศาสตร์เฉือน
ระหว่าง
ตัวออกซิไดเซอร์และเชื้อเพลิง สิ่งเหล่านี้จะก่อตัว ยุบตัวลงอย่างกระทันหันแล้วโผล่ขึ้นมาใหม่ นำไปสู่การสั่นไหวในการเผาไหม้ การก่อตัวและการยุบตัวซ้ำๆ นี้พบว่ามีบทบาทสำคัญในการผลักดันการสั่นของการเผาไหม้ นักวิจัยเชื่อว่าวิธีการวิเคราะห์ของพวกเขาจะนำไปสู่ความเข้าใจที่ดีขึ้น
เกี่ยวกับกลไกที่อยู่เบื้องหลังการก่อตัวของการสั่นของการเผาไหม้ “ความพร้อมใช้งานของการวิเคราะห์อนุกรมเวลาที่นำเสนอควรแสดงสำหรับตัวเผาไหม้ประเภทต่างๆ” “ผลการวิจัยที่ได้จากการศึกษานี้ชี้ให้เห็นถึงความเข้าใจที่ดีขึ้นของกลไกทางกายภาพเกี่ยวกับการสั่นของการเผาไหม้ด้วยความถี่สูง
อิเล็กตรอนที่ระดับ จะถูกล้อมรอบด้วยเมฆของพาหะประจุอื่นๆ ซึ่งทำให้พวกมันมีมวลที่มีประสิทธิภาพมาก (มากกว่ามวลของอิเล็กตรอนที่ “เปลือย” ถึง 100 เท่า) และทำให้พวกมันเคลื่อนที่ ช้า. แต่ถ้าความหนาแน่นของสถานะที่ระดับ สูงเกินไป ความไม่เสถียรของสนามแม่เหล็กจะเกิดขึ้น
ซึ่งแบ่งแถบพลังงานออกเป็นสองส่วน ส่วนหนึ่งสำหรับอิเล็กตรอน “สปินขึ้น” และอีกส่วนหนึ่งสำหรับ “สปินดาวน์” ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา ทฤษฎีแม่เหล็กดึงดูดการเดินทางได้รับการพัฒนาขึ้น และแนวทางที่สอดคล้องกันก็ได้เกิดขึ้นซึ่งเรียกว่าทฤษฎี “ความผันผวนของการหมุน”
วิธีการนี้อธิบายว่าอิเล็กตรอนได้รับอิทธิพลจากสนามที่ผลิตโดยผู้อื่นในทะเล อย่างไร นอกจากนี้ ทฤษฎีความผันผวนของการหมุนยังเหมาะสมอย่างยิ่งในการอธิบาย “จุดวิกฤตควอนตัม” ซึ่งการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของความดันจะทำลายการจัดลำดับแม่เหล็กของอะตอมในโลหะแข็งและอุณหภูมิของคูรีจะหายไป การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ขับเคลื่อนโดยความผันผวนของควอนตัมเพียงอย่างเดียว
