Indice
Introduzione ……….……… 1
Definizione della problematica ……….. 1
Obiettivi ……… 2
Capitolo 1: Descrizione del sistema e studio completo della problematica …….... 3
1.1 Il fenomeno fisico ……….……… 3
1.2 Classificazione ed analisi dei possibili modelli ………... 8
1.3 Analisi dei modelli in condizioni non turbolenti ……… 10
1.3.1 Modello a tubo completamente aperto ………... 10
1.3.2 Modello a Tubo chiuso da un lato (Modello di Rijke) ………... 17
1.4 Analisi dei modelli in condizioni turbolenti ………. 23
1.4.1 Caratteristiche della turbolenza ………... 23
1.4.2 Modelli per la caratterizzazione della turbolenza di fiamma ………. 24
1.4.3 Modelli per la caratterizzazione della turbolenza alle pareti ………. 26
1.5 Classificazione ed analisi delle possibili architetture di controllo attivo ………... 27
1.6 Combustione non turbolenta - controllo attivo con end-mounted Loudspeaker. 30 1.6.1 Controllo attivo statico basato sul modello fisico ……… 30
1.6.1.1. Con rilascio laminare-dinamica dell’attuatore e del sensore semplificate……… 30
1.6.1.1.1 Controllo attivo ………... 37
1.6.1.1.1.1 Controllo attivo basato su tecniche classiche ….. 40
1.6.1.1.1.2 Controllo attivo basato su tecnica ottima LQG …. 48 1.6.1.2. Con rilascio laminare-dinamica effetti del flusso medio e dell’aggiunta di calore medio-con dinamica dell’attuatore non semplificate………. 48
1.6.2 Controllo attivo statico basato sull’identificazione del modello ………... 51
1.6.3 Controllo attivo dinamico ………. 54
1.7 Combustione non turbolenta- controllo attivo con side-mounted Loudspeaker…. 56 1.7.1 Controllo attivo statico basato sul modello fisico ……….……... 56
1.7.1.1. Con rilascio laminare-dinamica dell’attuatore e del sensore semplificate……… 56
1.7.1.1.1 Controllo attivo ………... 65
1.7.1.1.1.1 Controllo attivo basato su tecniche classiche ….. 66
1.7.1.1.1.6 Controllo attivo basato su tecnica ottima LQG ….. 70
1.7.1.2. Con rilascio laminare non omogeneo- dinamica dell’attuatore e del sensore semplificate………... 71
1.5.2.3. Con rilascio laminare Well Stred Reactor - dinamica dell’attuatore e del sensore semplificate………... 73
1.8 Combustione non turbolenta- controllo attivo con fuel-forcing ……… 83
1.9 Combustione non turbolenta- controllo attivo con fuel-flow modulation On/Off 84 1.10 Combustione non turbolenta- controllo attivo con fuel-flow modulation lineare 86 1.11 Combustione turbolenta – controllo attivo ………... 88
1.11.1 Caratterizzazione generale del controllo di instabilità alle pareti ……… 88 Indice-1
Indice
1.11.2 Metodologie di controllo attivo dell’instabilità alle pareti ……… 89
1.11.3 Caratterizzazione generale del controllo di instabilità di fiamma ……… 90
Capitolo 2: Linea di sviluppo del modello ………... 92
2.1 Schema di riferimento della camera ………... 92
2.2 Generalità sul modello ………. 92
Capitolo 3: Modellazione acustica ……… 94
3.1 Equazione di base per l’instabilità acustica di combustione dei gas ………… 94
3.2 Sviluppo della teoria dell’equazione d’onda ……… 103
3.2.1 Equazione d’onda ……… 108
Capitolo 4: Modellazione del rilascio termico ……… 141
4.1 Definizione delle equazioni di base per il rilascio termico ………. 141
4.2 Modelli del rilascio termico ……….. 148
Capitolo 5: Modello complessivo e implementazione ……… 150
5.1 Modello complessivo ………... 150
5.2 Implementazione Simulink del modello ……… 153
5.2.1 Schema del blocco che modella i condotti ………. 154
5.2.2 Schema del blocco che modella la camera ………. 154
5.2.3 Schema del blocco che modella il rilascio termico medio ……… 155
Capitolo 6: Generalità sul controllo e caratterizzazione dell’ambiente di simulazione 156 6.1 Strategie di controllo ……….……….. 156
6.1.1 Requisiti sul sistema di controllo ……… 156
6.1.2 Sottosistema di attuazione ………. 157
6.1.3 Sottosistema di sensoristica ………. 159
6.1.4 Architettura complessiva del sistema di controllo e simulazione ……… 160
6.2 Il pacchetto software prodotto ………... 163
Capitolo 7: Sviluppi futuri ………. 167
Bibliografia ………...………..……… 168
Appendice A: Generalità sui turbogas ………...……… 173
A.1 Turbogas a ciclo semplice (non cogenerativi) ……….... 173
A.2 Turbogas a ciclo combinato ……… 175
Appendice B: Definizione di base del fenomeno di combustione ………... 177
B.1 Concetti di base del fenomeno di combustione ……….. 177
B.2 Tipologia di fiamme ……… 179
B.3 Il fronte di fiamma ……… 181
B.4 Chimica della combustione e teoria della combustione ……… 182 Indice-2
Indice
B.5 Considerazioni sulla combustione di combustibili di uso corrente .. 183
B.6 Parametri che caratterizzano la combustione e rendimento ……….. 186
B.7 Analisi della combustione a seconda della fase dei reagenti ………. 205
Appendice C: Generalità sui processi di combustione degli elementi fondamentali presenti nei combustibili……… 211
C.1 Combustione dell’idrogeno ………. 211
C.2 Combustione del carbonio ………. 213
C.3 Combustione dello zolfo ………. 215
C.4 Combustione dell’azoto ………. 216
Appendice D: Generalità sui processi di inquinamento atmosferico ……… 219
D.1 Panoramica e dati statistici sull’inquinamento tropogenico ………. 220
D.2 Combustibili fossili e inquinamento ………... 222
Appendice E: Inquinanti emessi dai turbogas ………...………. 224
E.1 Ossidi di Azoto ………. 225
E.2 Ossidi di Zolfo ………. 225
E.3 Monossidi di carbonio e incombusti ………... 225
E.4 Particolato ……….. 226
Appendice F: Metodologie di abbattimento degli inquinanti atmosferici nei turbogas …. 227 F.1 Tecnologie di abbattimento delle emissioni non Nox ……… 227
F.2 Tecnologie di abbattimento delle emissioni Nox ………. 227
Appendice G: Le unità di misura ………...……… 233
