الملخص

تم في هذه الورقة تسليط الضوء على مجال تحليل الإشارات الضوئية المنبعثة من اللهب بهدف دراسة تحليل عدم استقراريه الاحتراق والوصول إلى فهم أفضل لهذا الجانب الهام جدا من عمليات الاحتراق. يعد نمط ارتعاش اللهب مؤشرا جيداً لظاهرة عدم استقراريه اللهب في عمليات الاحتراق. ولدراسة ارتعاش اللهب أو ديناميكية اللهب استخدمت العديد من التقنيات البصرية(Optical techniques) . في هذه الورقة تم استخدام خلية ضوئية كتقنية بصرية بديلة لقياس الانبعاث الضوئي الكيميائي للهب حيث تم مقارنتها بكاميرا عالية السرعة كتقنية تقليدية لقياس الارتعاش الوميضي الكيميائي المنبعث من اللهب. استخدمت التقنيتين لدراسة تأثير قطر الموقد على نمط ارتعاش اللهب. الدراسة المعملية أجريت على نفث للهب انتشاري عند ظروف الضغط الجوي لوقود البروبان وبأقطار مختلفة للموقد وتم تثبيت معدل تدفق الوقود خلال الموقد. أظهرت النتائج أن نمط الارتعاش للهب الرقائقي (laminar flame) لديه تردد في نطاق من 10 هيرتز إلى أقل من15 هيرتز، أما في المرحلة الانتقالية للهب والتي يبدأ اللهب عندها بالانتقال إلى مرحلة الاضطراب فتحدت عند تردد 15 هيرتز(Re=1200). من خلال التحليل الطيفي للتقنيتين أظهرت النتائج وجود العديد من التوافقيات الفرعية القوية والواضحة في حالة اللهب الرقائقي ومن ناحية أخرى تبدأ الترددات التوافقية الفرعية بالاختفاء عند أرقام رينولدز(Reynolds Number) العالية (أكبر من Re=1200). تبين النتائج أيضا أن وتيرة الارتعاش النموذجية للهب هي 13 هيرتز وهو ما يتفق تماما مع الابحاث المنشورة في هذا المجال. تم في هذه الورقة أيضاً عرض منحنيات معامل الارتباط لإشارات الانبعاث الضوئي الكيميائي لكل من التقنيتين عند أرقام رينولدز مختلفة. النتائج بينت أنه لا يوجد اختلاف بين منحنيات معامل الارتباط للإشارات الضوئية الكيميائية المنبعثة لكلا التقنيتين عند ظروف اللهب الرقائقي عند أرقام رينولدز مختلفة، حيث أن سلوك الإشارات متطابقة لمعامل الارتباط في الموجة الجيبية النظرية (Theoretical sine wave) وهذا يعني أن للإشارات علاقة ارتباط قوية جداً. أما في حالة المرحلة الانتقالية، فيبدأ معامل الارتباط في الانخفاض والاقتراب من الصفر وهذا يعني أن الإشارات لها معامل ارتباط منخفض وتسمى بالإشارة ضعيفة الارتباط، وتصبح الإشارات بشكل عشوائي غير مستقرة وهذا مؤشر لدخول الاشارة في مرحلة اللهب المتضطرب (Turbulent flame).

ABSTRACT

This paper will shed some light on the area of signal processing analysis, and hopefully gives rise to more work in combustion instability field, which will lead to a better understanding of this very important aspect. Flickering frequency mode could be an indication of flame instability. In this paper is a light cell as an alternative optical chemiluminescence emission technique and a high-speed camera which is considered as a conventional technique to acquire a flame flicker are used. To study the effect of burner diameter on the flame flicker mode, an experimental study on free jet propane diffusion flame with different diameters is performed, while keeping the fuel flow rate constant. The results show that the laminar flame flickering mode has a frequency in the range of 10 to less than 15 Hz, and 15 Hz occurred at transitional condition (Re=1200). The results of the power spectra of both techniques show that many of the strong sub-harmonics occurred at laminar flame mode. On the other hand, the sub-harmonic frequencies start to disappear at high Reynolds number (above the transitional value of 1200). Results also show that the typical flickering frequency is 13Hz, which agrees well with other published data. In this paper, a family of auto-correlation curves of the chemiluminescence emission at different Re number are presented. The auto-correlation curves of the Chemiluminescence emission signals of both techniques at laminar conditions are very strong correlation of laminar Re numbers conditions; their trends are similar to auto-correlation of the theoretical sine wave. In the transitional condition; auto-correlation started to drop to zero, which mean that the signal has started to become a weak correlation, and the signals became turbulent flame.