声学模态分析：圆柱燃烧器热声学稳定性
在燃气轮机、火箭发动机或燃烧室等许多设备中可能遇到热声学不稳定，即大幅压力振荡。此类不稳定由设备非稳态燃烧与自然声学模态之间的反馈环激发，可能带来不利影响。
根据稳态可压缩流体模拟的结果，声学模态分析模型会计算声学频率、归一化模态振型及其在几何中的线性增长率。作为声学模态分析模型的一部分，Simcenter STAR-CCM+ 提供 N-Tau 模型，该模型描述了火焰传递函数，此函数考虑了非稳态放热波动对声压的影响。
本教程演示了设置声学模态分析以研究燃烧设备热声学稳定性的工作流程。在本教程中，您将模拟圆柱燃烧器中丙烷 (C3H8) 的燃烧。
以下示意图显示了配置：
可以分两步运行教程所示的模拟：
- 使用燃烧模拟来执行稳态流，以用作声学模态分析的基础。
在入口边界处，丙烷、氧气和氮气（此处建模为多组分气体混合物）以 0.15 m/s 的速度进入燃烧器。在流出边界处，施加压力值 0 Pa。使用脉冲温度点火器在迭代 200 和 300 之间点燃燃烧。化学反应通过涡破碎模型进行建模。
- 对先前获得的收敛解执行声学模态分析。
使用声学模态分析模型计算声学频率、归一化模态振型和线性增长率。对于此燃烧器模拟，预计第 5 个和第 6 个预测模态不稳定。因此，将节点数设为 6 以捕捉这些模态。使用 N-Tau 模型描述火焰传递函数，并指定燃烧器参考位置和延时属性。
结果是，报告声学频率和线性增长率，以确定正增长率和相应不稳定模态。声学模态振型和频率用于说明模态振型在圆柱燃烧器几何中是纵向的。