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Controllo attivo della combustione in turbine a gas industriali: Modellistica monodimensionale di un tubo di Rijke a fiamma premiscelata

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Controllo attivo della combustione in turbine a gas industriali: Modellistica monodimensionale di un tubo di Rijke a fiamma premiscelata

Recently updated on Aprile 7th, 2021 at 01:25 pm

In questo rapporto si descrive un modello mono-dimensionale di un tubo di Rijke a fiamma premiscelata disponibile presso il CESI. Il tubo di Rijke è un apparato sperimentale con il quale è possibile riprodurre il fenomeno di instabilità termoacustiche di combustione. Scopo è quello di contribuire allo sviluppo di una metodologia per il progetto di sistemi di controllo delle instabilità termoacustiche nei sistemi di combustione per turbogas. Infatti, pur essendo significativamente diverso il processo di combustione nei turbogas rispetto al tubo di Rijke e quindi i modelli relativi, si ritiene che la metodologia sviluppata nella costruzione del modello ma soprattutto nel progetto del controllo, sia generalizzabile a tutti i sistemi di combustione a fiamma premiscelata. Dopo una descrizione dell’impianto, si descrive lo sviluppo del modello matematico che si è articolato nelle seguenti fasi. 1. Si è effettuato il calcolo dei valori di regime stazionario assumendo che, in condizioni di instabilità termoacustica, le grandezze termofludinamica oscillino attorno tali valori. 2. Si è prodotto un semplice modello per la fluidodinamica della miscelazione del gas con una parte dell’aria che attraversa il tubo. Date le ridotte dimensioni della zona in cui avviene tale fenomeno, si è prodotto un modello algebrico. 3. Si è costruito un modello per la descrizione dei fenomeni di propagazione acustica nel tubo, in seguito al rilascio di calore della fiamma (modello della gasdinamica). Si sono così ottenute le funzioni di trasferimento che legano la portata di combustibile che brucia alle fluttuazioni di pressione e portata all’interno del tubo. 4. Si è affrontato il problema della modellizzazione del fenomeno di rilascio del calore. In particolare si è trovato un primo modello, lineare e molto semplice, attraverso il quale si è poi passati ad un modello più complesso. Con questo secondo modello si sono descritte le principali non linearità che interessano il fenomeno dalle quali ha origine il ciclo limite osservato sperimentalmente. 5. E’ stato descritto il fenomeno dell’instabilità termoacustica come risultato dell’interazione tra la gasdinamica e il rilascio del calore. E’ stata poi accertata l’affidabilità dei modelli per al gasdinamica e per la fiamma attraverso la simulazione della loro interazione e il confronto con i dati sperimentali. Il modello complessivo ottenuto riproduce con sufficiente accuratezza i fenomeni di regime stazionario e di transitorio ai quali si è interessati: in particolare si sono risultate in accordo con i dati sperimentali sia la dinamica della pressione all’interno del tubo sia la dinamica della posizione e spessore della fiamma. Come sviluppo futuro si utilizzerà tale modello per il progetto del sistema di controllo. Si esploreranno varie tecniche tra le quali : • Progetto di un controllore tale che il sistema risultante costituito dal modello della gasdinamica e da questo regolatore (quindi considerando aperta la retroazione dovuta al rilascio di energia) sia poco risonante. • Applicazione della teoria del controllo per stabilizzare un sistema instabile che funziona su di un ciclo limite con un opportuno regolatore o rete stabilizzatrice. Si utilizzeranno allo scopo sia tecniche classiche sia algoritmi basati sul controllo robusto RH∞.

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