Humming ( ناپایداری احتراق)

در فرایند احتراق سوخت با هوا مخلوط شده و می سوزد
به طور کلی احتراق به دو دسته تقسیم می شود:
سوخت و هوا ابتدا مخلوط می شوند سپس می سوزند
احتراق و مخلوط شدن همزمان رخ می دهند.
در سیستمهای احتراق قدیم و هوا بطور جداگانه وارد قسمت احتراق شده و در آنجا مخلوط و مشتعل می شوند.( احتراق دیفیوژن) در چنین وضعیتی ، دمای شعله به طور قابل ملاحظه ای بالا بوده و می تواند ازC 1150 ° فراتر رود. این نوع احتراق به علت دمای بالای شعله و همچنین عدم امکان آمیزش کامل و یکنواخت سوخت و هوا ،NOX بالایی تولید می کند، همچنین مصرف سوخت بالایی به دنبال دارد.
سیستمهای پیشرفته امروزی که میزان آلاینده های کمتری دارند، به صورت کاملا متفاوتی عمل می کنند. بدین صورت که سوخت و هوا در بالا دست محفظه ی احتراق با هم پیش مخلوط (پریمیکس) می شوند.
در این روش حجم بسیار بالاتری از هوا (بیشتر از آنچه برای واکنش با سوخت لازم است) در مجاورت سوخت قرار گرفته یا اصطلاحا مخلوط بسیار رقیقی از سوخت و هوا در احتراق شرکت می کنند.در این وضعیت انرژی آزاد شده حاصل از احتراق ، به حجم هوای بیشتری منتقل می شود.لذا دمای محصولات احتراق ، به میزان قابل ملاحظه ای کمتر و در نتیجه میزان NOX کمتری نیز تولید می شود.
هرچند در این روش NOXکمتری تولید می شود ، اما این روش خود باعث به وجود آمدن مشکلات جدیدی می شود.
ایجاد یک مخلوط قابل اشتعال در ناحیه بالا دست محفظه ی احتراق، بنابراین باید توجه ویژه ای به طراحی محفظه ی احتراق داشت ،تا از انتقال شعله به بالا دست (flash Back) جلوگیری شود.
ثانیا در برخی موارد ممکن است شعله پایلوت برای پایداری شعله استفاده شود.
به دلایلی که بطور کامل علت آن مشخص نیست ، این سیستم هاتمایل زیادی به بروز ناپایداری در احتراق دارند. این ناپایداری ها با نوسانات فشار در محفظه احتراق ، نوسانات گرمایی ایجاد كرده و نوسانات د بی جریان آشکار می گردد و با نامهای مختلفی چون screech, buzz , rumble-haming شناخته می شوند و بصورت یک پدیده مخرب محسوب می شود، که تا به حال به تعداد زیادی از توربین های گازي آسیب رسانده است.
این نوسانات فشار، چند صد بار در ثانیه رخ می دهد و باعث تسریع در فرسوده شدن ، آسیب و ایجاد ترک در قطعات می گردد.
مکانیزم عملکرد این ناپایداری ها، مانند رفتار یک سیستم صوتی است که میکرفن آن در مقابل بلندگوی خود قرار گرفته است. با بروز اغتشاش در بلند گو ، میکرفن آنرا دریافت نموده و پس از تقویت ، اغتشاش ایجاد شده با دامنه بیشتری از بلندگو خارج می شود . به همین ترتیب دامنه اغتشاشات به سرعت و به شدت افزایش می یابد.
مشابه چنین وضعیتی در محفظه ی احتراق نیز اتفاق می افتد.
هرگونه اغتشاش و نوسان در فشار یا ترکیب سوخت ، باعث ایجاد نوسان در شعله و انرژی آزاد شده آن می شود.كه تولید امواج صوتی را به همراه دارد.این امواج که از مرکز شعله دور می شوند، پس از برخورد به دیواره محفظه احتراق ، این فرایند بصورت حلقه بسته و خود تحریک به سرعت تکرار می شود و دامنه ارتعاشات آن به شدت افزایش می یابد تا به حد اشباع خود برسد.
کمتر از 0.01 درصد از انرژی ازاد شده در فرایند احتراق در صورتیکه در میدان صوتی محفظه ی احتراق و به عبارت دیگر در سیکل بسته فوق قرار گیرد، می تواند نوسانات فشاری معادل 1 PSI ایجاد نماید.
این نوسانات مخرب ، مشابه سیستمهای ارتعاشی در یک فرکانس مشخص اتفاق می افتد که تابعی از هندسه محفظه احتراق و دمای گازهای آن می باشد.