声学模态分析：环形燃烧室的热-声学稳定性

在燃气轮机、火箭发动机或燃烧室等许多设备中可能遇到热声学不稳定，即大幅压力振荡。此类不稳定由设备非稳态燃烧与自然声学模态之间的反馈环激发，可能带来不利影响。

根据稳态可压缩流体模拟的结果，声学模态分析模型会计算声学频率、归一化模态振型及其在几何中的线性增长率。作为声学模态分析模型的一部分，Simcenter STAR-CCM+ 提供了大量模型来描述火焰传递函数，此函数考虑了非稳态放热波动对声压的影响，N-Tau 模型就是其中之一。

本教程演示了设置声学模态分析以研究燃烧设备热声学稳定性的工作流程。在本教程中，将模拟具有 12 个燃烧室的环形燃烧室中氢气 (H2) 的燃烧。

以下示意图显示了配置：

燃烧器具有十二重旋转对称性。这种对称性用于简化模拟。使用周期布洛赫边界条件，仅模拟 30° 的扇区，如下所示。

在本教程中，可使用用户自定义的放热率，以指定从火焰释放的能量值。可将火焰的形状指定为圆锥体。图中指示了火焰锥的位置。应用此用户自定义的放热率将会废弃前驱物燃烧模拟。因此，只需执行声学模态分析，这样会大大降低计算成本。尽管不需要预先运行燃烧模拟，但仍必须设置完整的燃烧分析，然后由 N-Tau 模型结合用户自定义的放热率来执行声学模态分析。

使用声学模态分析模型计算声学频率、归一化模态振型和线性增长率。预计某些最低频率模态可能会不稳定。将模态数设置为 5。这样将捕捉 5 个最低频率模态。可以选择更多的模态数来覆盖更高的频率，但本教程不要求此操作。使用 N-Tau 模型描述火焰传递函数，并指定环形燃烧室参考位置和时间延迟属性。

结果是，报告声学频率和线性增长率，以确定正增长率和相应不稳定模态。声学模态振型和频率用于说明模态振型在环形燃烧室几何中可以是纵向，也可以是周向的。