Definizione della problematica

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Introduzione Definizione della problematica

Introduzione

Definizione della problematica

Il controllo attivo dell’instabilità termoacustica nel processo di combustione ha raggiunto un notevole interesse per molteplici ragioni, in particolare per la possibilità che offre di lavorare in condizioni di basse emissioni di NO_X.

L’NOX si forma in ambienti soggetti ad alta temperatura, così molte turbine a gas

sono state costrette a cambiare il loro processo di combustione allo scopo di diminuire la temperatura di fiamma e quindi ridurre la presenza di elevata energia che porta alla formazione dell’NOX.

Il nuovo processo di combustione implementato (pre-mixing fra aria e carburante) genera una fiamma più corta, che crea una zona localizzata di intenso rilascio di calore. Si possono così generare, a seconda delle condizioni operative, delle grandi oscillazioni di pressione che vanno ad eccitare i modi acustici di risonanza del combustore. Ciò causa alti stress termici nel combustore stesso, riducendo così la longevità e l’efficienza della turbina . Questo fenomeno è designato con il nome di instabilità termoacustica (TA).

Per ridurre il fenomeno dell’instabilità termoacustica, si deve poter controllare il profilo della fiamma. Esistono due diversi approcci:

- controllo passivo - controllo attivo

Le tecniche basate sul controllo passivo risultano essere molto spesso inadeguate dato che non possono adattarsi al cambiamento di condizioni operative.

Le tecniche di controllo attivo offrono maggiore capacità di adattamento e sono risultate in molti casi vincenti. Soffrono però della necessità di basarsi su un modello che, se si tiene conto di tutti i complessi fenomeni interni, risulta essere:

- ad elevata complessità, 1

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- fortemente non lineare

Per cercare di ridurre questi svantaggi, molti ricercatori hanno adottato la filosofia di sviluppare modelli ridotti, che non prendano in considerazione l’intero sistema ma solo determinati componenti.

Obiettivi

Il presente lavoro è finalizzato:

alla descrizione del sistema in esame e all’analisi dei maggiori fenomeni che portano all’instabilità in camera (Capitolo 1)

all’analisi dei diversi approcci possibili al problema della modellistica e del controllo dell’instabilità di combustione

allo sviluppo un modello che incorpori i maggiori componenti dinamici possibili, utili ad un’ analisi di stabilità e atti a sviluppare un sistema di controllo. Il modello complessivo è formato dai seguenti sottosistemi:

• sottosistema di rilascio calore: in cui vengono derivate le principali equazioni che caratterizzano la dinamica del rilascio di calore

• sottosistema acustico: che racchiude le principali dinamiche acustiche

• sottosistemi di connessione: che modellano i ritardi temporali presenti fra l’istante in cui il carburante viene iniettato e l’istante in cui brucia nel fronte di fiamma

all’implementazione di un modello in un ambiente di simulazione numerica (Simulino di Matlab)

allo studio di un’architettura di controllo ( si è simulato un controllo in retroazione con un controllore standard (PID))

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alla definizione e realizzazione di un’interfaccia grafica che permetta di interagire con il modello in modo user-frendly