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rapporti - Deliverable

Messa a punto di un sistema ad alta risoluzione temporale per visualizzazione di specie chimiche in fiamma e misure su un bruciatore oscillante

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Messa a punto di un sistema ad alta risoluzione temporale per visualizzazione di specie chimiche in fiamma e misure su un bruciatore oscillante

Obiettivo dell’attività è stata la messa a punto di un sistema ad alta risoluzione temporale in grado di visualizzare l’emissione luminosa spontanea di specie chimiche in fiamma, indicativa dell’entità di rilascio di calore, e la verifica della sua funzionalità su un bruciatore oscillante. Questa attività si inserisce nella tematica più generale del controllo delle instabilità di combustione in turbine a gas, per la quale è fondamentale la capacità di rilevare le grandezze chimico-fisiche fluttuanti che sono la manifestazione della presenza di fenomenologie non stazionarie. L’attività ha riguardato inizialmente la determinazione della brillanza delle emissioni luminose di fiamma. Su un bruciatore metano-aria da laboratorio, con potenza termica massima di 45 kW, sono state effettuate prove mediante un sistema di rivelazione calibrato costituito da un obiettivo UV seguito da un fotomoltiplicatore. Le principali specie chimiche che producono emissione luminosa spontanea in fiamma (OH, CH e C 2 ) sono state rivelate utilizzando tre diversi filtri interferenziali, al variare della potenza del bruciatore e del rapporto stechiometrico. La successiva analisi dei risultati ha portato a concludere che per rivelare la brillanza molto bassa delle emissioni con frequenza dell’ordine di 1 kHz è necessario l’utilizzo di una telecamera dotata di un intensificatore a doppio stadio (guadagno elevato), al momento non disponibile. E’ stato quindi deciso di ricorrere ad una telecamera CCD intensificata con la possibilità di gating temporale, in modo da ottenere un campionamento veloce (10-100 µs) sincronizzabile con il processo. Per effettuare prove su un apparato sperimentale significativo dal punto di vista del controllo attivo, è stato messo a punto un bruciatore oscillante all’interno di un tubo (chiamato tubo di Rijke), già utilizzato in fasi precedenti dell’attività. In particolare è stato realizzato un inserto cilindrico in quarzo da sostituire al preesistente in pyrex, al fine di consentire la visualizzazione di OH (che emette nell’UV). Su tale apparato sono state condotte misure di emissione luminosa di OH, CH e C 2 mediante i due apparati di rivelazione posti tra loro a 180° e in asse rispetto al bruciatore (in orizzontale), da una parte lo stesso sistema basato su fotomoltiplicatore utilizzato nella prima fase di attività, dall’altra la telecamera CCD intensificata. Ciascuno dei due sistemi poteva traslare in modo controllato in verticale, parallelamente all’asse longitudinale del bruciatore, il fototubo anche in orizzontale (mentre la telecamera visualizzava un’intera sezione del bruciatore in prossimità della base della fiamma). Per ottenere un campionamento dell’emissione di fiamma visualizzata dalla telecamera correlato alle oscillazioni di pressione indotte dalla geometria del tubo è stato utilizzato come segnale di sincronismo della telecamera il segnale di pressione misurato sul bruciatore. Le prove effettuate hanno consentito di verificare la funzionalità del sistema di visualizzazione, mostrando che il sistema è in grado di seguire il formarsi di strutture di fiamma dipendenti dalle oscillazioni del bruciatore. Dal punto di vista del processo analizzato, sono state ottenute immagini che risultano coerenti con la fenomenologia della combustione all’interno del bruciatore, ed in particolare con l’andamento della pressione. Inoltre, i segnali misurati con il fototubo hanno mostrato lo stesso spettro di frequenze dei segnali di pressione, confermando di potersi prestare per il controllo attivo.

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