JP3607763B2

JP3607763B2 - Vibration combustion analysis apparatus and combustor manufacturing method

Info

Publication number: JP3607763B2
Application number: JP27799595A
Authority: JP
Inventors: 充慶中本; 博久加藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-11-17
Filing date: 1995-10-25
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2015-10-25
Also published as: JPH08210635A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、産業用、民生用の燃焼器についての振動燃焼を解析出来る振動燃焼解析装置、及び燃焼器の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、産業用あるいは民生用の燃焼器の設計段階で振動燃焼がしばしば発生していた。
【０００３】
このような振動燃焼は、大きな騒音を伴うことと、燃焼が不安定になり安全面で問題があった。そのため、振動燃焼は防止しなければならず、送風機、バーナ、燃焼室を大きくすることにより振動燃焼の抑制がおこなわれてきた。
【０００４】
一方、最近の産業用、民生用の燃焼器では、その大きさをより小型にすること、燃焼ガスをよりクリーンにするためＮＯＸやＨＣの排出を減少すること、又ターンダーンレシオ（燃料供給量の可変幅）をより拡大すること（以下これを、高ターンダーンレシオと呼ぶ）、低騒音燃焼を行なうこと等が要求されてきている。そしてこれらの要求を満足するため、高負荷燃焼や可燃限界近傍で燃焼させる技術が要求されている。
【０００５】
このような要求に伴い、振動燃焼の抑制がますます重要度を増してきた。
【０００６】
しかし、上述のような振動燃焼の抑制方法では、高負荷燃焼、高ターンダウンレシオ、低騒音、低ＮＯＸなどの高性能な特性を確保できない。
【０００７】
そこで所定の特性を確保するように、とりあえず燃焼器を試作し、そして、振動燃焼が発生した場合、再びその燃焼器を試行錯誤で改造するといった作業を繰り返して行ない、振動しない条件を探し出すことにより、振動燃焼を抑制していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の振動燃焼の抑制方法では、上述のように試行錯誤で改造するといった作業を繰り返して行なうため、燃焼器の設計段階における開発工数が多くなるといった欠点があった。
【０００９】
又、振動燃焼を回避する条件を探す作業が試行錯誤ゆえに、振動燃焼の抑制を優先すれば、上述した低ＮＯＸ、低騒音、高負荷、高ＴＤＲなどの高性能を確保が犠牲になるという欠点があった。
【００１０】
又、振動燃焼の発生は予想が困難であり、振動燃焼が発生すると、上述した目標の高性能を確保することが困難になるといった課題があった。
【００１１】
本発明は、従来の振動燃焼の抑制方法のこのような課題を考慮し、燃焼器の設計段階で、振動燃焼が発生するか否かの条件を事前に予測することが出来、しかも、振動燃焼を抑制しつつ、低ＮＯＸ、低騒音、高負荷、高ＴＤＲなどの特性を従来に比べてより一層高性能に確保出来る振動燃焼解析装置を提供することを目的とする。
【００１２】
又、本発明の他の目的は、燃焼器の設計段階で、振動燃焼が発生するか否かの条件を事前に予測判定し、その判定結果を利用することにより、従来に比べてより一層効率よく燃焼器を製造出来る燃焼器の製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも燃焼器の形状とその燃焼器内の音速度と混合気密度とを入力データとして入力する入力手段と、前記入力データに基づいて、前記燃焼器の固有振動数を求め、その求められた各固有振動数に対する前記燃焼器内の圧力分布及び／又は速度分布を求める演算手段と、得られた、前記燃焼器内の火炎の位置と、前記演算手段により求められた圧力分布及び／又は速度分布とから所定の判定基準に基づいて、前記燃焼器について振動燃焼が発生するか否かを解析する解析手段とを備えている振動燃焼解析装置である。
【００１４】
この本発明によれば、振動燃焼が発生するか否かの条件を事前に予測することが出来る。
【００１５】
又、他の本発明は、少なくとも燃焼器の形状とその燃焼器内の音速度と混合気密度とを入力データとして入力し、前記入力データに基づいて、前記燃焼器の固有振動数を求め、その求められた各固有振動数に対する前記燃焼器内の圧力分布及び／又は速度分布を求め、得られた、前記燃焼器内の火炎の位置と、前記求められた圧力分布及び／又は速度分布とから所定の判定基準に基づいて、前記燃焼器について振動燃焼が発生するか否かを解析・判定し、その解析・判定の結果、前記振動燃焼が発生すると判定された場合、前記振動燃焼により発生する振動音を抑制する様に、前記燃焼器の所定部位に吸音部を設ける燃焼器の製造方法である。
【００１６】
この本発明によれば、従来に比べてより一層効率よく燃焼器を製造することが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、少なくとも燃焼器の形状とその燃焼器内の音速度と混合気密度とを入力データとして入力する入力手段と、前記入力データに基づいて、前記燃焼器の固有振動数を求め、その求められた各固有振動数に対する前記燃焼器内の圧力分布及び／又は速度分布を求める演算手段と、得られた、前記燃焼器内の火炎の位置と、前記演算手段により求められた圧力分布及び／又は速度分布とから所定の判定基準に基づいて、前記燃焼器について振動燃焼が発生するか否かを解析する解析手段とを備えている振動燃焼解析装置である。この発明では、入力手段が、少なくとも燃焼器の形状とその燃焼器内の音速度と混合気密度とを入力データとして入力し、演算手段が、前記入力データに基づいて、前記燃焼器の固有振動数を求め、その求められた各固有振動数に対する前記燃焼器内の圧力分布及び／又は速度分布を求め、解析手段が、得られた、前記燃焼器内の火炎の位置と、前記演算手段により求められた圧力分布及び／又は速度分布とから所定の判定基準に基づいて、前記燃焼器について振動燃焼が発生するか否かを解析する。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、少なくとも燃焼器の形状とその燃焼器内の音速度と混合気密度とを入力データとして入力する入力手段と、前記入力データに基づいて、前記燃焼器の固有振動数を求める固有振動数演算手段と、前記固有振動数の演算結果を格納するための固有振動数メモリ部と、前記固有振動数メモリ部から呼び出した各固有振動数に対する前記燃焼器内の圧力分布及び／又は速度分布を求める圧力／速度演算手段と、前記圧力分布及び／又は速度分布の演算結果を格納するための圧力／速度メモリ部と、前記燃焼器内の火炎の位置を計算する火炎位置演算手段と、前記火炎の位置の演算結果を格納するための火炎位置メモリ部と、火炎位置メモリ部から呼び出した前記燃焼器内の火炎の位置と、前記圧力／速度メモリ部から呼び出した圧力分布及び／又は速度分布とから所定の判定基準に基づいて、前記燃焼器について振動燃焼が発生するか否かを解析する解析手段とを備えている振動燃焼解析装置である。この発明では、入力手段が、少なくとも燃焼器の形状とその燃焼器内の音速度と混合気密度とを入力データとして入力し、固有振動数演算手段が、前記入力データに基づいて、前記燃焼器の固有振動数を求め、固有振動数メモリ部が、前記固有振動数の演算結果を格納し、圧力／速度演算手段が、前記固有振動数メモリ部から呼び出した各固有振動数に対する前記燃焼器内の圧力分布及び／又は速度分布を求め、圧力／速度メモリ部が、前記圧力分布及び／又は速度分布の演算結果を格納し、火炎位置演算手段が、前記燃焼器内の火炎の位置を計算し、火炎位置メモリ部が、前記火炎の位置の演算結果を格納し、解析手段が、火炎位置メモリ部から呼び出した前記燃焼器内の火炎の位置と、前記圧力／速度メモリ部から呼び出した圧力分布及び／又は速度分布とから所定の判定基準に基づいて、前記燃焼器について振動燃焼が発生するか否かを解析する。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、少なくとも燃焼器の形状とその燃焼器内の音速度と混合気密度とを入力データとして入力する入力手段と、前記入力データに基づいて、前記燃焼器の固有振動数を求め、その求められた各固有振動数に対する局所インピーダンス分布を求める局所インピーダンス演算手段と、得られた、前記燃焼器内の火炎の位置と、前記局所インピーダンス演算手段により求められた局所インピーダンス分布とから所定の判定基準に基づいて、前記燃焼器について振動燃焼が発生するか否かを解析する解析手段とを備えている振動燃焼解析装置である。この発明では、入力手段が、少なくとも燃焼器の形状とその燃焼器内の音速度と混合気密度とを入力データとして入力し、局所インピーダンス演算手段が、前記入力データに基づいて、前記燃焼器の固有振動数を求め、その求められた各固有振動数に対する局所インピーダンス分布を求め、解析手段が、得られた、前記燃焼器内の火炎の位置と、前記局所インピーダンス演算手段により求められた局所インピーダンス分布とから所定の判定基準に基づいて、前記燃焼器について振動燃焼が発生するか否かを解析する。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、少なくとも燃焼器の形状とその燃焼器内の音速度と混合気密度とを入力データとして入力する入力手段と、前記入力データに基づいて、前記燃焼器の固有振動数を求め、その求められた各固有振動数に対する速度と圧力の位相の分布を求める位相演算手段と、得られた、前記燃焼器内の火炎の位置と、前記演算手段により求められた速度と圧力の位相とから所定の判定基準に基づいて、前記燃焼器について振動燃焼が発生するか否かを解析する解析手段とを備えている振動燃焼解析装置である。この発明では、入力手段が、少なくとも燃焼器の形状とその燃焼器内の音速度と混合気密度とを入力データとして入力し、位相演算手段が、前記入力データに基づいて、前記燃焼器の固有振動数を求め、その求められた各固有振動数に対する速度と圧力の位相の分布を求め、解析手段が、得られた、前記燃焼器内の火炎の位置と、前記演算手段により求められた速度と圧力の位相とから所定の判定基準に基づいて、前記燃焼器について振動燃焼が発生するか否かを解析する。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、前記所定の判定基準とは、前記演算手段により圧力分布が求められた場合、前記燃焼器の入口部から出口部に向かう方向を基準として、前記求められた圧力分布の節の位置から腹近傍の位置に向かう間に前記火炎が存在する場合には、前記振動燃焼が発生すると判定し、又、前記間に前記火炎が存在しない場合には、前記振動燃焼が発生しないと判定するための判定基準である請求項１又は２記載の振動燃焼解析装置である。この発明では、前記演算手段により圧力分布が求められた場合、前記燃焼器の入口部から出口部に向かう方向を基準として、前記求められた圧力分布の節の位置から腹近傍の位置に向かう間に前記火炎が存在する場合には、前記振動燃焼が発生すると判定し、又、前記間に前記火炎が存在しない場合には、前記振動燃焼が発生しないと判定する。
【００２２】
請求項６記載の発明は、前記所定の判定基準とは、前記演算手段により速度分布が求められた場合、前記燃焼器の入口部から出口部に向かう方向を基準として、前記求められた速度分布の腹の位置から節近傍の位置に向かう間に前記火炎が存在する場合には、前記振動燃焼が発生すると判定し、又、前記間に前記火炎が存在しない場合には、前記振動燃焼が発生しないと判定するための判定基準である請求項１又は２記載の振動燃焼解析装置である。この発明では、前記演算手段により速度分布が求められた場合、前記燃焼器の入口部から出口部に向かう方向を基準として、前記求められた速度分布の腹の位置から節近傍の位置に向かう間に前記火炎が存在する場合には、前記振動燃焼が発生すると判定し、又、前記間に前記火炎が存在しない場合には、前記振動燃焼が発生しないと判定する。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、前記局所インピーダンス演算手段により求められた前記局所インピーダンスの分布は、前記局所インピーダンスの絶対値の分布であり、前記所定の判定基準とは、前記燃焼器の入口部から出口部に向かう方向を基準として、その基準方向に進む程、前記局所インピーダンスの絶対値がより増加する範囲内に前記火炎が存在する場合には、前記振動燃焼が発生すると判定し、又、前記範囲内に前記火炎が存在しない場合には、前記振動燃焼が発生しないと判定するための判定基準である請求項３記載の振動燃焼解析装置である。この発明では、前記燃焼器の入口部から出口部に向かう方向を基準として、その基準方向に進む程、前記局所インピーダンスの絶対値がより増加する範囲内に前記火炎が存在する場合には、前記振動燃焼が発生すると判定し、又、前記範囲内に前記火炎が存在しない場合には、前記振動燃焼が発生しないと判定する。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、所定の判定基準とは、前記求められた位相が−９０度（−π／２）となる範囲内に前記火炎が存在する場合には、前記振動燃焼が発生すると判定し、又、前記求められた位相が＋９０度（π／２）となる範囲内に前記火炎が存在する場合には、前記振動燃焼が発生しないと判定するための判定基準である請求項４記載の振動燃焼解析装置である。この発明では、前記求められた位相が−９０度（−π／２）となる範囲内に前記火炎が存在する場合には、前記振動燃焼が発生すると判定し、又、前記求められた位相が＋９０度（π／２）となる範囲内に前記火炎が存在する場合には、前記振動燃焼が発生しないと判定する。
【００２５】
請求項９に記載の発明は、前記解析手段により得られたデータを格納する振動メモリ部と、その振動メモリ部に格納されたデータ及び前記演算手段による演算結果を利用して、前記分布を表示するための表示手段とを有する請求項１〜４の何れか一つに記載の振動燃焼解析装置である。この発明では、振動メモリ部が、前記解析手段により得られたデータを格納し、表示手段が、その振動メモリ部に格納されたデータ、及び前記演算手段による演算結果を利用して、前記分布を表示する。
【００２６】
請求項１０に記載の発明は、前記火炎の位置は、前記燃焼器の入口部とその火炎との間の実質的な距離Ｌ_１と、前記燃焼器の出口部とその火炎との間の実質的な距離Ｌ_２とにより表現され、その距離Ｌ_１及びＬ_２に対応して前記解析手段から出力される前記解析結果を得て、その解析結果の内容を前記距離Ｌ_１及びＬ_２を変数とする座標系に対して与え、前記振動燃焼が発生する領域及び／又は前記振動燃焼が発生しない領域を作成する振動エリアマップ作成手段を備えた請求項１〜９の何れか一つに記載の振動燃焼解析装置である。この発明では、振動エリアマップ作成手段が、前記燃焼器の入口部とその火炎との間の実質的な距離Ｌ_１と、前記燃焼器の出口部とその火炎との間の実質的な距離Ｌ_２とにより表現された前記火炎の位置において、その距離Ｌ_１及びＬ_２に対応して前記解析手段から出力される前記解析結果を得て、その解析結果の内容を前記距離Ｌ_１及びＬ_２を変数とする座標系に対して与え、前記振動燃焼が発生する領域及び／又は前記振動燃焼が発生しない領域を作成する。
【００２７】
請求項１１に記載の発明は、前記振動エリアマップ作成手段が、前記振動燃焼が発生する領域及び／又は前記振動燃焼が発生しない領域のデータを格納するパラメータ振動メモリ部を有する請求項１０記載の振動燃焼解析装置である。この発明では、パラメータ振動メモリ部が、前記振動燃焼が発生する領域及び／又は前記振動燃焼が発生しない領域のデータを格納する。
【００２８】
請求項１２に記載の発明は、少なくとも燃焼器の形状とその燃焼器内の音速度と混合気密度とを入力データとして入力し、前記入力データに基づいて前記燃焼器の固有振動数を求め、その求められた各固有振動数に対する前記燃焼器内の圧力及び／又は速度と、前記燃焼器内の火炎の位置とを利用して、所定の判定基準に基づいて、前記燃焼器について振動燃焼が発生するか否かを解析・判定し、その解析・判定の結果、前記振動燃焼が発生すると判定された場合、前記振動燃焼により発生する振動音を抑制又は生じない様に、前記燃焼器の所定部位に吸音部を設け、又は、火炎の位置を調整する燃焼器の製造方法である。
【００２９】
請求項１３に記載の発明は、少なくとも燃焼器の形状とその燃焼器内の音速度と混合気密度とを入力データとして入力し、前記入力データに基づいて、前記燃焼器の固有振動数を求め、その求められた各固有振動数に対する前記燃焼器内の圧力分布及び／又は速度分布を求め、得られた、前記燃焼器内の火炎の位置と、前記求められた圧力分布及び／又は速度分布とから所定の判定基準に基づいて、前記燃焼器について振動燃焼が発生するか否かを解析・判定し、その解析・判定の結果、前記振動燃焼が発生すると判定された場合、前記振動燃焼により発生する振動音を抑制する様に、前記燃焼器の所定部位に吸音部を設ける燃焼器の製造方法である。
【００３０】
請求項１４に記載の発明は、少なくとも燃焼器の形状とその燃焼器内の音速度と混合気密度とを入力データとして入力し、前記入力データに基づいて、前記燃焼器の固有振動数を求め、その求められた各固有振動数に対する前記燃焼器内の圧力分布を求め、得られた、前記燃焼器内の火炎の位置と、前記求められた圧力分布とに基づいて、前記燃焼器の入口部から出口部に向かう方向を基準として、前記求められた圧力分布の節の位置から腹近傍の位置に向かう間に前記火炎が存在する場合には、前記振動燃焼が発生すると判定し、又、前記間に前記火炎が存在しない場合には、前記振動燃焼が発生しないと判定し、その判定の結果、前記振動燃焼が発生すると判定された場合、圧力分布の節の位置から腹近傍の位置に向かう間に、前記火炎が存在しない様に、その火炎の位置を変更する燃焼器の製造方法である。
【００３１】
請求項１５に記載の発明は、少なくとも燃焼器の形状とその燃焼器内の音速度と混合気密度とを入力データとして入力し、前記入力データに基づいて、前記燃焼器の固有振動数を求め、その求められた各固有振動数に対する前記燃焼器内の速度分布を求め、得られた、前記燃焼器内の火炎の位置と、前記求められた速度分布とに基づいて、前記燃焼器の入口部から出口部に向かう方向を基準として、前記求められた速度分布の腹の位置から節近傍の位置に向かう間に前記火炎が存在する場合には、前記振動燃焼が発生すると判定し、又、前記間に前記火炎が存在しない場合には、前記振動燃焼が発生しないと判定し、その判定の結果、前記振動燃焼が発生すると判定された場合、速度分布の腹の位置から節近傍の位置に向かう間に、前記火炎が存在しない様に、その火炎の位置を変更する燃焼器の製造方法である。
【００３２】
請求項１６に記載の発明は、少なくとも燃焼器の形状とその燃焼器内の音速度と混合気密度とを入力データとして入力し、前記入力データに基づいて、前記燃焼器の固有振動数を求め、その求められた各固有振動数に対する前記燃焼器内の圧力分布及び／又は速度分布を求め、得られた、前記燃焼器内の火炎の位置と、前記求められた圧力分布及び／又は速度分布とから所定の判定基準に基づいて、前記燃焼器について振動燃焼が発生するか否かを解析・判定し、その解析・判定の結果、前記振動燃焼が発生すると判定された場合、前記火炎と前記燃焼器の上流側入口部との間の実質的な距離、及び／又はその火炎と前記燃焼器の下流側出口部との間の実質的な距離を調整する燃焼器の製造方法である。
【００３３】
以下、本発明にかかる実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図１は、本発明の一実施の形態の振動燃焼解析装置の構成図である。
【００３５】
同図において、入力手段１は、設計対象としての燃焼器の形状とその燃焼器内の音速度と混合気密度等とを入力データとして入力するためのものである。ここでの入力データとしては、具体的には、熱交換器、送風機、給気路、排気路等の燃焼器を構成する各要素の形状、寸法、温度条件、及び燃焼器内の火炎の位置等が挙げられる。演算手段２は、入力手段１からの入力データ（但し、火炎の位置についてのデータを除く）に基づいて、波動方程式を燃焼器全体にわたって解き、燃焼器のｎ次の固有振動数を求め、その求められた各固有振動数に対する燃焼器内の圧力分布を求めるための手段である。解析手段３は、入力手段１から入力される火炎の位置と、演算手段２により求められた圧力分布とから所定の判定基準に基づいて、上記燃焼器について振動燃焼が発生するか否かを解析するためのものである。尚、本明細書で、圧力分布とは、圧力変動の振幅の分布を表すものである。又、速度分布とは、速度変動の振幅の分布を表すものである。
【００３６】
ここで、所定の判定基準は、燃焼器の入口部から出口部に向かう方向を基準として、演算手段２により求められた圧力分布の節の位置から腹近傍の位置に向かう間に、上記火炎が存在する場合には、振動燃焼が発生すると判定し、又、存在しない場合には、振動燃焼が発生しないと判定するための判定基準である。圧力分布以外に、速度分布、局所インピーダンスの分布、速度変動／圧力変動の位相の分布も所定の判定基準とすることができる。
【００３７】
速度分布の場合、燃焼器の入口部から出口部に向かう方向を基準として、演算手段２により求められた速度分布の腹の位置から節近傍の位置に向かう間に、上記火炎が存在する場合には、振動燃焼が発生すると判定し、又、存在しない場合には、振動燃焼が発生しないと判定するための判定基準である。
【００３８】
局所インピーダンスの分布の場合、燃焼器の入口部から出口部に向かう方向を基準として、演算手段２により求められた局所インピーダンスが増加する位置に上記火炎が存在する場合には、振動燃焼が発生すると判定し、又、存在しない場合には、振動燃焼が発生しないと判定するための判定基準である。
【００３９】
速度変動／圧力変動の位相の場合、−π／２の位置に上記火炎が存在する場合には、振動燃焼が発生すると判定し、又、存在しない場合には、振動燃焼が発生しないと判定するための判定基準である。
【００４０】
又、燃焼器内の火炎の位置は、上記入口部とその火炎との間の実質的な距離Ｌ_１と、上記出口部とその火炎との間の実質的な距離Ｌ_２とにより表現される。以下、距離Ｌ_１を火炎上流長さと呼び、距離Ｌ_２を火炎下流長さと呼ぶこともある。
【００４１】
振動エリアマップ作成手段４は、距離Ｌ_１及びＬ_２に対応して解析手段３から出力される解析結果を得て、その解析結果の内容を距離Ｌ_１及びＬ_２を変数とする直交座標系に対して与え、振動燃焼が発生する領域や振動燃焼が発生しない領域を作成するための手段である。ここでは、直交座標系の横軸に変数Ｌ_１を、縦軸に変数Ｌ_２を各々対応させている。
【００４２】
ここで、本実施の形態の動作説明に先立ち、本装置の提供が可能となった技術的背景につてい若干述べる。
【００４３】
後述するレーリーの振動条件から火炎を通過する音波は、火炎の前後において体積速度が増加し、時間的遅れ即ち位相差を生じ、この時間的遅れが振動燃焼の発生条件に影響を与えることが、最近知られてきた。しかしながら、この時間的遅れは、従来理論的計算あるいは測定により調べられたが、未だ、解明されるに至らなっかった。そのため、振動燃焼の発生を予測することが出来ず、振動燃焼の解析装置を開発することが出来なかった。
【００４４】
本実施の形態では、後述するように、家庭用バーナでこの時間的遅れを調べた結果、半波長以内であることが実験により見いだすことが出来たことにより、本実施の形態において一例として示す振動燃焼解析装置を提供することが出来ることとなったのである。
【００４５】
以上のように構成された本実施の形態の振動燃焼解析装置において、図１、図２を用いて動作を説明する。図２は本実施の形態のフローチャートである。
【００４６】
ステップ１；入力手段１（図１参照）により、燃焼機器の各要素部品の形状としての寸法と、各要素の温度分布と、そして燃料と空気の混合気密度ρとを演算手段２へ入力する。ここでの寸法としては、具体的には各要素部品の断面積ｓや長さｌ（ｌはアルファベットのＬを小文字で表したものである）である。温度分布と混合気密度ρを入力するのは、後述する演算手段による演算過程で必要となる音速ｃを導き出すためである。
【００４７】
ここで、各要素部品に分解するのは、次の理由による。すなわち、振動燃焼は燃焼機器の空間で発生する定在波である。振動燃焼発生状況を知るには後述のように波動方程式を解くことになる。そこで、燃焼機器は３次元の形状であるため、燃焼機器を音響要素の組み合わせとして分解する。
【００４８】
ステップ２；入力手段１からの入力データを基に、周波数を与え、波動方程式（図３（ａ）〜（ｄ）参照）を各音響要素ごとに解き、全要素を結合して解く。
【００４９】
図３（ａ）は本実施の形態の一次元（音響）波動方程式を、図３（ｂ）は（音響）要素の式を表している。
又、図３（ｃ）は（音響）要素の模式図であり、図中の左側端部が入口、右側端部が出口（ｏｕｔ）である。Ａ〜Ｄは要素の四端子定数である。図３（ｄ）は全要素の式すなわちｎ個の要素の合成四端子行列を表している。図中において、入口に対応するものをｉｎと表示し、出口に対応するものをｏｕｔと表示した。又、ｐの文字の上部に・が付されたものは圧力変動を、ｕの文字の上部に・が付されたものは流速変動を、ｃは音速を、ｓは音響要素の断面積を表す。
【００５０】
ステップ３；各要素をマトリクスで結び、全要素で決まる固有振動数を求める。
【００５１】
尚、もしも、燃焼器が振動燃焼する場合には、これらの固有振動数の内の何れかの振動数で振動することになる。
【００５２】
その結果、発振した周波数に対して、燃焼機器内の音圧分布（図４（ｂ）、図５（ｂ）参照）を求める。求められた固有振動数は固有振動数メモリ部に格納されこの結果を利用して音圧分布を求めるとよい。
この時、｜圧力変動／流速変動｜により求められる音響インピーダンス（局所インピーダンスとも呼ぶ）として表す（図４（ｄ）、図５（ｄ）参照）と、圧力のピークがわかりやすくなる。また、圧力変動／速度変動の位相としても表す。これらの音圧／速度、音響インピーダンス、圧力変動／速度変動の位相はそれぞれ音圧／速度メモリ部、音響インピーダンスメモリ部、位相メモリ部にメモリされる。
【００５３】
図４（ａ）〜（ｅ）は、全要素すなわち燃焼器の入口・出口が音響的開端の場合について、図５（ａ）〜（ｅ）は、燃焼器の入口・出口が音響的開端の場合について示したものである。
【００５４】
具体的には、図４（ａ）は音響的開端燃焼器の模式図であり、同図（ｂ）は一次モードの圧力分布図を、同図（ｃ）は流速分布（速度分布）図を、同図（ｄ）は音響インピーダンスを、同図（ｅ）は音響インピーダンスの位相の変化を、各々表している。
【００５５】
図５（ａ）は音響的閉端燃焼器の模式図であり、図５（ｂ）〜（ｅ）は音響的閉端燃焼器についてのものであること以外は図４（ｂ）〜（ｅ）と同じである。
【００５６】
開端の一次モードでは、図４（ｂ）に示すよう、入口から出口に向かう方向を基準として、圧力分布の節、腹（圧力のピーク値を示す部分）、節が現れてる。又、閉端の一次モードでは、図５（ｂ）に示すように、上記方向を基準として、圧力分布の腹、節、腹が現れる。
【００５７】
このようにして、音響要素に分けられた燃焼機器について、図３に示す一次元の波動方程式により、燃焼器での発振周波数（固有振動数）を求めるわけである。発振周波数は基本周波数（一次モード）からｎ次周波数（ｎ次モード）まで求めることができる。この周波数は一般に固有振動と言われるものである。
【００５８】
尚、家庭用バーナを実験して調べた結果、３次モードまでの振動が確認された。そのため、計算は３次モードまででよい（図６（ａ）〜（ｃ）参照）。又、燃焼室及び炎孔の負荷が大きいほど、又、火炎が不安定なほど、高次の振動が確認されることもわかった。図６（ａ）〜（ｃ）は図４で説明した燃焼器のモデルについて３次モードまで計算した場合の、各モードにおける位相の変化と局所インピーダンスを表したものである。図４（ａ）〜（ｅ）、図５（ａ）〜（ｅ）は固有振動数、圧力／速度メモリ部、局所インピーダンスメモリ部、位相メモリ部火炎位置メモリ部のデータを呼び込みグラフィック装置により表示したものである。ず６は局所インピーダンスメモリ部と位相メモリ部を利用して表示している。
【００５９】
ステップ４；入力手段１により、演算手段２（図１参照）に燃焼器内の火炎の位置のデータとして、上述の距離Ｌ_１及びＬ_２を与える（図７，図８参照）。火炎の位置はバーナの構造、燃料の燃焼特性から予測可能であり、火炎位置演算手段を利用してもよい。演算結果は火炎位置メモリ部に格納され、計算された火炎位置のデータとして、上述の距離Ｌ_１及びＬ_２を与えてもよい。図７は燃焼器の入口・出口が音響的開端の場合についての、図８は燃焼器の入口・出口が音響的閉端の場合についての燃焼器の模式図である。
すなわち、図８の場合、図７とは異なり、Ｌ_１は給気管の入口８２と火炎８１との間の距離を示し、Ｌ_２は排気管の出口８３と火炎８１との間の距離を示す。尚、図８で点線で表されたものは、給気管８４，排気管８５の長さが長くなって、給気管の入口８２の位置及び排気管の出口８３の位置が変化した場合を示している。
【００６０】
ステップ５；入力された火炎の位置（Ｌ_１，ｍ，Ｌ_２，ｍ）に対して、ステップ３で求められた、例えば１次モードの固有振動数が発振するか否か、即ち振動燃焼が発生するか否かを調べる。ここで、（Ｌ_１，ｍ，Ｌ_２，ｍ）は、横軸に変数Ｌ_１を、縦軸に変数Ｌ_２を対応させたＬ_１・Ｌ_２の直交座標系における座標位置を表すものである。
【００６１】
ここで、振動燃焼の発生条件について説明する。
【００６２】
振動燃焼は、振動条件を満足するところの発振周波数で振動する。燃焼における振動条件としてレーリー振動条件が知られている。このレーリー振動条件を満足する場合に発振することになる。そこで、各発振周波数がレーリーの振動条件を満足するか否かを調べると発振するかしないかが判断できる。この判断した結果は、振動メモリ部に格納され、この結果は振動メモリ部に格納される。
【００６３】
レーリーの発振条件は、火炎が音場の１／４波長の位置にあると発振するというものである。最近、この考え方が拡張され、発熱変動（図１４において、ｈの文字の上部に・が付されたものとして表示）が火炎前後で増幅作用があるが、時間遅れが生じる。この時間遅れは周波数が増加すると大きく、発振条件に影響すると言われるものである。
【００６４】
これに対して、今回、実験によりこの遅れは半波長以内であることを初めて見出した。レーリーの発振条件から、圧力のピークの上流側では発振する条件が導きだされる。
【００６５】
この条件を使って、本実施の形態でしめすように、振動が発生しない燃焼機器の設計ができる。
【００６６】
次に、上述の今回の実験により見いだした事実を理論的に説明する。
【００６７】
すなわち、燃焼機器での振動燃焼が発生する場合にはレーリーの発振条件を満足することが知られている。
【００６８】
これは、ＰＵＴＮＵＭにより（数１）としてあらわされている。
【００６９】
【数１】

【００７０】
これを解くと、
ｃｏｓθ＞０となる。
【００７１】
ここで、上述したとうり、ｕの文字の上部に・が付されたものは流速変動を表しているものとする。
【００７２】
そこで、図１４に示すように、流速変動と圧力変動との位相差をωτ_１、流速変動と発熱変動との位相差をωτ_２とすると、θは次式となる。
【００７３】
θ＝ωτ_１−ωτ_２
定在波では、ωτ_１は−π／２かπ／２となる。
【００７４】
今回初めて、実験により、家庭用燃焼機器において、ωτ_２は
−π＜ωτ_２＜０
であることを確かめたものである。
【００７５】
ステップ６；与えられた火炎の位置（Ｌ_１，ｍ，Ｌ_２，ｍ）に対して、ステップ５での解析の結果が、振動燃焼が発生する旨を示す場合であれば、ステップ７へ進み、又、振動燃焼が発生しない旨を示す場合であれば、ステップ８へ進むべき旨が判定される。
【００７６】
ステップ７；ここでは、後述する振動エリアマップを作成するための情報として、火炎の位置（Ｌ_１，ｍ，Ｌ_２，ｍ）に対して、振動燃焼が発生する旨を示す情報（図９では、○印で表した）が付される。この時、Ｌ_１，ｍ，Ｌ_２，ｍをパラメータとして計算された結果をパラメータ振動メモリ部に格納すると表示が便利である。
そして、ステップ９へ進む。
【００７７】
ステップ８；ここでは、火炎の位置（Ｌ_１，ｍ，Ｌ_２，ｍ）に対して、振動燃焼が発生しない旨を示す情報（図９では、×印で表した）が付される。そして、ステップ９へ進む。
【００７８】
ステップ９；振動エリアマップ作成手段４が、火炎の位置（Ｌ_１，ｍ，Ｌ_２，ｍ）に対して、振動燃焼の有無を示す○印または、×印情報が付されたデータを用いて、Ｌ_１・Ｌ_２の直交座標系にその○印または、×印をプロットする。一次モードにおいて、火炎の位置（Ｌ_１，ｍ，Ｌ_２，ｍ）を変化させ、各々の位置について上記プロットを繰り返す。その結果は次々とエリアマップに記録される。
【００７９】
このようにして、図９（ａ）に示すような、火炎の上流側の長さと下流側の長さから振動エリアマップを作成する。圧力ピークの最大値の上流側では発振し、下流側では発振しないことになる。
【００８０】
このようにして基本周波数からｎ次周波数までの振動エリアマップを作成する（図９（ｂ）、（ｃ）参照）。この時、基本周波数からｎ次周波数までの振動発生の有無をメモリしたパラメータ振動メモリ部から呼び出されたデータを基に振動エリアマップ作成手段４によりエリアマップを作成すると便利である。
【００８１】
図９（ａ）は、一次モードでの振動エリアマップを表しており、図中の左側から順に振動領域９１と非振動領域９２に分割されている。又、図９（ｂ）は、二次モードでの振動エリアマップを表しており、振動領域９３と非振動領域９４と振動領域９５とに分割されている。更に、図９（ｃ）は、三次モードでの振動エリアマップを表しており、非振動領域９６と振動領域９７と非振動領域９８と振動領域９９とに分割されている。
【００８２】
このように、振動エリアマップでは振動する領域としない領域が示され、後述するように、振動燃焼しない領域を探すのに利用出来る。
【００８３】
ステップ１０；要素の寸法をパーラメータとして上述した計算等を繰り返し行なうことにより、振動燃焼しない燃焼機器を実現するための設計書が作成される。
【００８４】
次に、図１５は本発明の別の実施の形態についての振動燃焼解析装置の構成図である。
【００８５】
図２において、火炎の位置はデータとして与えていたが、図１５ではバーナの構造、燃焼条件から火炎の位置を計算する火炎位置演算手段１４１を装備している。また、図１の演算手段２に対して、固有振動数演算手段１３３と圧力／速度演算手段１３５と火炎位置演算手段１４１に分割されている。局所インピーダンス分布と位相分布はほぼ圧力／速度分布の演算手段と同等の演算手段で得られるため、局所インピーダンス演算手段１３６と位相演算手段１３７を圧力／速度演算手段１３５とひとまとめに示している。それぞれの演算手段に対して、メモリ部（固有振動数メモリ部１３４、圧力／速度メモリ部１３８、局所インピーダンスメモリ部１３９、位相メモリ部１４０）を連結している。
圧力／速度演算手段１３５と局所インピーダンス演算手段１３６と位相演算手段１３７には固有振動数メモリ部１３８から、火炎位置演算手段１４１には圧力／速度メモリ部１３８から、振動発生解析手段１４３には火炎位置メモリ部１４２からそれぞれデータを取り込む。さらに、圧力／速度分布、局所インピーダンス分布、位相分布は各メモリ（１３４，１３８，１３９，１４０，１４２，１４６）からのデータにより、グラフィク装置で表示される。
【００８６】
さらに、図１５では、振動発生解析手段１４３により、火炎の位置をパラメータとして振動発生の有無を計算し、その結果をパラメータ振動メモリ部１４４に格納し、エリアマップ作成装置１４５からデータを取り込み、エリアマップを作成し、燃焼器の設計資料とする。
【００８７】
以上が本実施の形態の振動燃焼解析装置についての説明である。
次に、この様な振動燃焼解析装置を用いた、燃焼器の設計例について述べながら、本発明の燃焼器の製造方法の一実施の形態を説明する。本発明の製造方法という言葉は、設計方法を含む広い概念として用いている。
【００８８】
図１０（ａ）〜（ｄ）は、燃焼器の設計段階で、火炎１０１を同図（ａ）に示す位置に設定した場合の各モードでの圧力分布図及び振動燃焼の有無を示す図である。振動エリアマップ上の黒丸は火炎の位置１０２を示しており、二次モード（同図（ｃ）参照）では、非振動領域にあるが、その他のモードでは、全て振動領域にあることがわかる。従って、全てのモードで、振動しない領域を確保するためには火炎の位置を変更を変更する必要があることがわかる。
【００８９】
しかし、３次まで振動する場合には、振動しない領域を確保することが非常に難しくなる。
【００９０】
このような場合には、本実施の形態の解析装置を用いて、所定の周波数で振動する燃焼器を設計する。
【００９１】
すなわち、図１１に示すように、燃焼器１１１の入口１１２と出口１１３を音響閉端にする。そうすると、振動エリアマップの全域が振動領域となり、一定の周波数で振動することになる。燃焼器の入口側に吸音材１１４を設置して、一定の周波数を吸音し、騒音発生の抑制とともに振動燃焼を抑制することができる。
【００９２】
燃焼器によっては、振動のある方が、良い場合もあり、この場合には、騒音防止のために、音のみを積極的に抑圧すればよい。
【００９３】
図１１は、音響的閉端燃焼器についての、燃焼器の模式図、圧力分布図、振動エリアマップを表している。同図からもわかるように、この場合、三次モードで全領域が振動領域となる。そこで、発振周波数である８００Ｈｚ付近での吸音特性の優れた吸音材（図１２参照）を上述のように配設することにより、図１３に示すように、吸音材挿入前に８００Ｈｚ近傍でピーク値１３１を持つ圧力変動が、吸音材挿入後には解消されていることがわかる。図１２は吸音材（ＥＰＤＭ）の垂直入射吸音率を管内法（ＪＩＳＡ１４０５）で測定したものを示している。又、図１３は、振動燃焼をＦＦＴ分析した結果を示している。
【００９４】
これにより、振動燃焼を抑制しつつ、低ＮＯＸ、低騒音、高負荷、高ＴＤＲなどの性能を満たす燃焼器が本装置を用いたシミュレーションにより設計できる。
【００９５】
又、火炎の位置より上流側の長さと下流側長さを座標とする上記振動エリアマップから、振動する領域としない領域が求められることは上述の通りである。
【００９６】
給気管・排気管の長さを調整する場合等、この振動エリアマップを使い、燃焼機の最適な使用条件を求めることも出来る。すなわち、燃焼機の高性能を確保した上で振動燃焼の防止を可能に出来る。
【００９７】
このように、本実施の形態の燃焼器の製造方法によれば、少なくとも燃焼器の形状とその燃焼器内の音速度と混合気密度とを入力データとして入力し、前記入力データに基づいて、前記燃焼器の固有振動数を求め、その求められた各固有振動数に対する前記燃焼器内の圧力分布及び／又は速度分布を求め、得られた、前記燃焼器内の火炎の位置と、前記求められた圧力分布及び／又は速度分布とから所定の判定基準に基づいて、前記燃焼器について振動燃焼が発生するか否かを解析・判定し、その解析・判定の結果、前記振動燃焼が発生すると判定された場合、前記振動燃焼により発生する振動音を抑制する様に、前記燃焼器の所定部位に吸音部を設けるものである。
【００９８】
又、他の実施の形態の燃焼器の製造方法として、少なくとも燃焼器の形状とその燃焼器内の音速度と混合気密度とを入力データとして入力し、前記入力データに基づいて、前記燃焼器の固有振動数を求め、その求められた各固有振動数に対する前記燃焼器内の圧力分布を求め、得られた、前記燃焼器内の火炎の位置と、前記求められた圧力分布とに基づいて、前記燃焼器の入口部から出口部に向かう方向を基準として、前記求められた圧力分布の節の位置から腹近傍の位置に向かう間に前記火炎が存在する場合には、前記振動燃焼が発生すると判定し、又、前記間に前記火炎が存在しない場合には、前記振動燃焼が発生しないと判定し、その判定の結果、前記振動燃焼が発生すると判定された場合、圧力分布の節の位置から腹近傍の位置に向かう間に、前記火炎が存在しない様に、その火炎の位置を変更するものでもよい。
【００９９】
また、他の製造方法として、少なくとも燃焼器の形状とその燃焼器内の音速度と混合気密度とを入力データとして入力し、前記入力データに基づいて、前記燃焼器の固有振動数を求め、その求められた各固有振動数に対する前記燃焼器内の圧力分布を求め、得られた、前記燃焼器内の火炎の位置と、前記求められた速度分布とに基づいて、前記燃焼器の入口部から出口部に向かう方向を基準として、前記求められた速度分布の腹の位置から節近傍の位置に向かう間に前記火炎が存在する場合には、前記振動燃焼が発生すると判定し、又、前記間に前記火炎が存在しない場合には、前記振動燃焼が発生しないと判定し、その判定の結果、前記振動燃焼が発生すると判定された場合、速度分布の腹の位置から節近傍の位置に向かう間に、前記火炎が存在しない様に、その火炎の位置を変更するものもよい。さらに、他の製造方法として、少なくとも燃焼器の形状とその燃焼器内の音速度と混合気密度とを入力データとして入力し、前記入力データに基づいて、前記燃焼器の固有振動数を求め、その求められた各固有振動数に対する前記燃焼器内の圧力分布及び／又は速度分布を求め、得られた、前記燃焼器内の火炎の位置と、前記求められた圧力分布及び／又は速度分布とから所定の判定基準に基づいて、前記燃焼器について振動燃焼が発生するか否かを解析・判定し、その解析・判定の結果、前記振動燃焼が発生すると判定された場合、前記火炎と前記燃焼器の上流側入口部との間の実質的な距離、及び／又はその火炎と前記燃焼器の下流側出口部との間の実質的な距離を調整するものでもよい。
【０１００】
上記実施の形態によれば、入力データとして燃焼器の形状、寸法、温度、火炎の位置（あるいはバーナの位置から火炎の位置を計算する。）を選択し、固有振動数を計算し、固有振動数に近い周波数で（１／１００Ｈｚ異なる周波数）定在波の圧力、速度、音響インピーダンスを計算し、レーリーの振動条件から振動するかしないかを判断した。そして、振動エリアマップを作成し、振動しない領域で、燃焼器を作動させることが出来る。
【０１０１】
このように、上記実施の形態によれば、振動燃焼の予測が可能となるため、設計段階で試行錯誤がなくなり、設計工数が削減される。さらに、高性能化を確保しながら、振動燃焼を防止することが可能となるので、燃焼器の高性能化を確保することができる。
【０１０２】
又、本実施の形態では、レーリーの振動条件を計算できるように、発熱反応の位相遅れを導入し、この位相遅れは実験で半波長以内であることを見いだし、波動方程式を解いた。このとき、１次元の方程式と音響要素を利用し、パソコンレベルで計算できるようにすることが望ましい。
【０１０３】
又、本実施の形態では、（１）火炎の上流側で発振すること。（２）圧力分布、速度分布、音響インピーダンスを発振周波数の近傍で求めること。（３）振動エリアマップを求め燃焼器の設計段階及び、用段階で活用できること。（４）音響インピーダンスの立ち上がりでは、振動しない領域となること。（５）四次以上は発振しないこと等を示した。
【０１０４】
尚、上記実施の形態では、演算手段で圧力分布を求め、それに基づいて燃焼振動の発生の有無を解析する場合を中心として説明したが、これに限らず、例えば、演算手段で、速度分布を求め、それに基づいて燃焼振動の発生の有無を解析する構成としてもよく（この場合は、腹と節の判定基準における関係が、圧力分布に基づく場合と逆になる）、あるいは、圧力分布及び速度分布の両方を求め、更に音響インピーダンスを求め、それに基づいて燃焼振動の発生の有無を解析する構成としてもよく、あるいは、音響インピーダンスの位相の変化に基づいて燃焼振動の発生の有無を解析する構成とする等、圧力分布や速度分布等と等価なものに基づいて解析する構成としてももちろんよい。このような構成とした場合でも、上記と同様の効果を発揮する。
【０１０５】
又、上記実施の形態では、燃焼器として、家庭用燃焼器を用いた場合について説明したが、これに限らず、例えば、調理給湯暖房をはじめ産業用ガスタービンまで広く適用が可能であり、高効率熱交換器等へ利用することも出来る。
【０１０６】
又、上記実施の形態では、振動エリアマップとして、燃焼器の入口部から出口部に向かう方向を基準として、圧力分布の節の位置から腹の位置に向かう間に火炎が存在する場合には、その領域を振動燃焼が発生するとして説明したが、これに限らず、例えば、腹の位置までの間ではなく、節から腹に至る距離の１割程度、腹から上流側へ遡った位置までの間に火炎が存在する場合に、その領域を振動燃焼が発生する領域をして扱う方がより現実に近い場合もある。これは、燃焼器自体による、吸音作用あるいは吸振作用が働くためである。従って、振動エリアマップにおける振動領域が、上記実施例より狭くなるものである。又、振動の強いものほど、振動エリアマップにおける振動領域が、上記実施の形態より狭くなる。
【０１０７】
又、本発明の燃焼器の製造方法についての上記実施の形態では、圧力分布や速度分布を求める場合について説明したが、これに限らず例えば、局所インピーダンス（｜圧力変動／速度変動｜により求められる）、あるいは、圧力変動／速度変動の位相等を求め、これを利用する構成であってももちろんよい。
【０１０８】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように本発明は、振動燃焼が発生するか否かの条件を事前に予測することが出来るという長所を有する。
【０１０９】
又、本発明は、振動燃焼を抑制しつつ、低ＮＯＸ、低騒音、高負荷、高ＴＤＲなどの特性を従来に比べてより一層高性能に確保出来るという長所を有する。
【０１１０】
又、本発明は、従来に比べてより一層効率よく燃焼器を製造出来るという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の振動燃焼解析装置の構成図
【図２】本実施の形態のフローチャート
【図３】図３（ａ）；本実施の形態で用いる波動方程式を示す図
図３（ｂ）；本実施の形態の音響要素の式を示す図
図３（ｃ）；本実施の形態の音響要素の模式図
図３（ｄ）；本実施の形態の全要素の式を示す図
【図４】図４（ａ）〜（ｅ）は、本実施の形態の全要素すなわち燃焼器の入口・出口が音響的開端の場合についての、音響的開端燃焼器の模式図、一次モードの圧力分布図、速度分布図、音響インピーダンス、音響インピーダンスの位相の変化図
【図５】図５（ａ）〜（ｅ）は、本実施の形態の全要素すなわち燃焼器の入口・出口が音響的閉端の場合について、音響的閉端燃焼器の模式図、一次モードの圧力分布図、速度分布図、音響インピーダンス、音響インピーダンスの位相の変化を、各々表した図
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は図４で説明した燃焼器のモデルについて３次モードまで計算した場合の、各モードにおける位相の変化と局所インピーダンスの図
【図７】本実施の形態の燃焼器の入口・出口が音響的開端の場合についての燃焼器の模式図
【図８】本実施の形態の燃焼器の入口・出口が音響的閉端の場合についての燃焼器の模式図
【図９】本実施の形態の、一次モード、二次モード、三次モードの各振動エリアマップの図
【図１０】図１０（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態での燃焼器の設計段階で、火炎１０１を同図（ａ）に示す位置に設定した場合における、一次モード〜三次モードの各モードでの圧力分布図及び振動エリアマップの図
【図１１】本実施の形態の音響的閉端燃焼器についての、燃焼器の模式図、圧力分布図、振動エリアマップの図
【図１２】本実施の形態で用いる吸音材の吸音特性を示すグラフ
【図１３】本実施の形態での振動燃焼をＦＦＴ分析した結果のグラフ
【図１４】本実施の形態の流速変動と圧力変動との位相差、流速変動と発熱変動との位相差及びθを示すグラフ
【図１５】本発明の別の実施の形態の装置図
【符号の説明】
１入力手段
２演算手段
３解析手段
４振動エリアマップ作成手段
８１火炎
８２給気管の入口
８３排気管の出口
８４給気管
８５排気管
１１４吸音材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vibration combustion analysis apparatus capable of analyzing vibration combustion for, for example, industrial and consumer combustors, and a method for manufacturing the combustor.
[0002]
[Prior art]
Traditionally, vibration combustion has often occurred during the design stage of industrial or consumer combustors.
[0003]
Such vibration combustion has a problem in terms of safety because it is accompanied by a large noise and the combustion becomes unstable. Therefore, vibration combustion must be prevented, and vibration combustion has been suppressed by increasing the size of the blower, burner, and combustion chamber.
[0004]
On the other hand, in recent industrial and consumer combustors, the size of the combustor can be made smaller, NOx and HC emissions can be reduced in order to make the combustion gas cleaner, and the turn ratio (fuel supply amount) (Variable width) is further increased (hereinafter referred to as a high-Turdan ratio), low noise combustion, and the like have been demanded. In order to satisfy these requirements, there is a demand for technology for burning at high load combustion or near the flammability limit.
[0005]
With such demands, suppression of vibration combustion has become increasingly important.
[0006]
However, the vibration combustion suppressing method as described above cannot ensure high performance characteristics such as high load combustion, high turn-down ratio, low noise, and low NOx.
[0007]
Therefore, by making a prototype of the combustor for the time being to ensure the specified characteristics, and when vibration combustion occurs, repeat the work of remodeling the combustor again by trial and error, and search for conditions that do not vibrate The vibration combustion was suppressed.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a conventional method for suppressing vibration combustion has a drawback in that the number of man-hours for development at the combustor design stage increases because the operation of remodeling by trial and error is repeated as described above.
[0009]
In addition, because the task of searching for conditions to avoid vibration combustion is a trial and error, if priority is given to suppression of vibration combustion, the disadvantage of ensuring high performance such as low NOx, low noise, high load, and high TDR is sacrificed. was there.
[0010]
Moreover, the occurrence of vibration combustion is difficult to predict, and when vibration combustion occurs, there is a problem that it becomes difficult to ensure the high performance of the target described above.
[0011]
In the present invention, in consideration of such a problem of the conventional vibration combustion suppressing method, it is possible to predict in advance whether or not vibration combustion occurs at the design stage of the combustor. It is an object of the present invention to provide a vibration combustion analysis apparatus that can ensure characteristics such as low NOx, low noise, high load, and high TDR with higher performance than conventional ones.
[0012]
Another object of the present invention is to predict and determine in advance whether or not vibration combustion occurs at the combustor design stage, and use the result of the determination to further increase the efficiency. It is to provide a method of manufacturing a combustor that can manufacture a combustor well.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, at least the shape of the combustor, the sound speed in the combustor and the mixture density are input as input data, and the natural frequency of the combustor is obtained based on the input data. Calculation means for obtaining the pressure distribution and / or velocity distribution in the combustor for each obtained natural frequency, the obtained position of the flame in the combustor, the pressure distribution obtained by the calculation means, and An oscillating combustion analysis apparatus comprising: analysis means for analyzing whether or not oscillating combustion occurs in the combustor based on a predetermined determination criterion based on a velocity distribution.
[0014]
According to the present invention, it is possible to predict in advance whether or not vibration combustion occurs.
[0015]
In another aspect of the present invention, at least the shape of the combustor, the sound velocity in the combustor, and the mixture density are input as input data, and the natural frequency of the combustor is obtained based on the input data. The pressure distribution and / or velocity distribution in the combustor for each of the determined natural frequencies is obtained, and the obtained position of the flame in the combustor, the obtained pressure distribution and / or velocity distribution, and Based on a predetermined criterion, the vibration is analyzed and determined for the combustor. If the result of the analysis and determination indicates that the vibration combustion is generated, the vibration is generated by the vibration combustion. This is a method for manufacturing a combustor in which a sound absorbing portion is provided at a predetermined portion of the combustor so as to suppress the vibration noise.
[0016]
According to the present invention, a combustor can be manufactured more efficiently than in the prior art.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the first aspect of the present invention, at least the shape of the combustor, the sound velocity in the combustor, and the mixture density are input as input data, and the combustor is based on the input data. And calculating means for calculating the pressure distribution and / or velocity distribution in the combustor for each of the determined natural frequencies, the obtained position of the flame in the combustor, and the calculation The vibration combustion analysis apparatus includes analysis means for analyzing whether or not vibration combustion occurs in the combustor based on a predetermined determination criterion from the pressure distribution and / or velocity distribution obtained by the means. . In this invention, the input means inputs at least the shape of the combustor, the sound velocity in the combustor, and the air-fuel mixture density as input data, and the calculation means calculates the natural vibration of the combustor based on the input data. A number distribution, a pressure distribution and / or a velocity distribution in the combustor for each of the determined natural frequencies, and an analysis means that obtains the position of the flame in the combustor and the calculation means Whether or not vibration combustion occurs in the combustor is analyzed from the obtained pressure distribution and / or velocity distribution based on a predetermined determination criterion.
[0018]
According to a second aspect of the present invention, there is provided input means for inputting at least the shape of the combustor, the sound velocity in the combustor and the mixture density as input data, and the natural vibration of the combustor based on the input data. A natural frequency calculating means for obtaining a number, a natural frequency memory unit for storing a calculation result of the natural frequency, and a pressure distribution in the combustor for each natural frequency called from the natural frequency memory unit And / or pressure / speed calculating means for obtaining a velocity distribution, a pressure / velocity memory unit for storing the calculation result of the pressure distribution and / or velocity distribution, and a flame position for calculating the position of the flame in the combustor Calculation means, a flame position memory unit for storing the calculation result of the flame position, a flame position in the combustor called from the flame position memory unit, and a call from the pressure / velocity memory unit Based from the the pressure distribution and / or velocity distribution to a predetermined criterion, a vibrating combustion analyzer and a analysis means for analyzing whether the vibrating combustion occurs for the combustor. In this invention, the input means inputs at least the shape of the combustor, the sound speed in the combustor, and the air-fuel mixture density as input data, and the natural frequency calculating means is configured to input the combustor based on the input data. The natural frequency memory unit stores the calculation result of the natural frequency, and the pressure / speed calculation means stores the natural frequency in the combustor for each natural frequency called from the natural frequency memory unit. The pressure / velocity memory section calculates the pressure distribution and / or velocity distribution, the pressure / velocity memory unit stores the calculation result of the pressure distribution and / or velocity distribution, and the flame position calculation means calculates the position of the flame in the combustor. The flame position memory unit stores the calculation result of the flame position, and the analysis means calls the flame position in the combustor called from the flame position memory unit and the pressure distribution called from the pressure / velocity memory unit. And / Or on the basis of the velocity distribution in a predetermined criterion, it analyzes whether oscillatory combustion occurs for the combustor.
[0019]
According to a third aspect of the present invention, there is provided input means for inputting at least the shape of the combustor, the sound speed in the combustor and the mixture density as input data, and the natural vibration of the combustor based on the input data. Local impedance calculation means for obtaining a local impedance distribution for each obtained natural frequency, the obtained position of the flame in the combustor, and the local impedance distribution obtained by the local impedance calculation means And an analyzing means for analyzing whether or not vibration combustion occurs in the combustor based on a predetermined criterion. In this invention, the input means inputs at least the shape of the combustor, the sound velocity in the combustor, and the gas mixture density as input data, and the local impedance calculation means inputs the combustor based on the input data. The natural frequency is obtained, the local impedance distribution for each obtained natural frequency is obtained, and the analyzing means obtains the position of the flame in the combustor and the local impedance obtained by the local impedance calculating means. Based on the distribution, based on a predetermined criterion, whether or not vibration combustion occurs in the combustor is analyzed.
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided input means for inputting at least a shape of a combustor, a sound speed in the combustor and an air-fuel mixture density as input data, and the natural vibration of the combustor based on the input data. Phase calculating means for obtaining a number and obtaining a velocity and pressure phase distribution for each obtained natural frequency, and the obtained position of the flame in the combustor and the speed obtained by the computing means An oscillating combustion analyzing apparatus comprising an analyzing means for analyzing whether or not oscillating combustion occurs in the combustor based on a predetermined determination criterion from a pressure phase. In this invention, the input means inputs at least the shape of the combustor, the sound velocity in the combustor, and the air-fuel mixture density as input data, and the phase calculation means is based on the input data and is specific to the combustor. The frequency is obtained, the velocity and pressure phase distribution for each obtained natural frequency is obtained, and the analyzing means obtains the obtained flame position in the combustor and the speed obtained by the computing means. Whether or not vibration combustion occurs in the combustor is analyzed based on a predetermined determination criterion from the pressure and the phase of pressure.
[0021]
According to a fifth aspect of the present invention, when the pressure distribution is obtained by the computing means, the predetermined determination criterion is the pressure obtained based on a direction from the inlet portion to the outlet portion of the combustor. When the flame is present from the position of the distribution node to the position near the belly, it is determined that the vibration combustion occurs, and when the flame is not present between the positions, the vibration combustion is determined. The vibration combustion analysis apparatus according to claim 1, wherein the vibration combustion analysis apparatus is a determination criterion for determining that it does not occur. In the present invention, when the pressure distribution is obtained by the calculation means, the direction from the inlet portion to the outlet portion of the combustor toward the outlet portion is determined from the position of the obtained pressure distribution node. If the flame is present, it is determined that the vibration combustion occurs, and if the flame is not present between the flames, it is determined that the vibration combustion does not occur.
[0022]
According to a sixth aspect of the present invention, when the speed distribution is determined by the computing means, the predetermined determination criterion is based on a direction from the inlet portion to the outlet portion of the combustor. If the flame is present from the position of the belly to the position near the node, it is determined that the vibration combustion occurs. If the flame is not present between the position, the vibration combustion is generated. 3. The vibration combustion analysis apparatus according to claim 1, wherein the vibration combustion analysis apparatus is a determination criterion for determining not to perform the operation. In the present invention, when the speed distribution is obtained by the computing means, the direction from the antinode position of the obtained speed distribution to the position near the node is taken with reference to the direction from the inlet portion to the outlet portion of the combustor. If the flame is present, it is determined that the vibration combustion occurs, and if the flame is not present between the flames, it is determined that the vibration combustion does not occur.
[0023]
According to a seventh aspect of the present invention, the distribution of the local impedance obtained by the local impedance calculation means is a distribution of the absolute value of the local impedance, and the predetermined criterion is an inlet portion of the combustor. If the flame is present in a range where the absolute value of the local impedance is further increased as it proceeds in the reference direction from the direction toward the exit portion, it is determined that the vibration combustion occurs, 4. The vibration combustion analysis apparatus according to claim 3, which is a determination criterion for determining that the vibration combustion does not occur when the flame does not exist within the range. In the present invention, when the flame is present in a range in which the absolute value of the local impedance increases as the distance from the combustion chamber to the reference direction is increased, the absolute value of the local impedance increases. It is determined that vibration combustion occurs, and if the flame does not exist within the range, it is determined that vibration combustion does not occur.
[0024]
According to an eighth aspect of the present invention, when the flame exists within a range in which the obtained phase is −90 degrees (−π / 2), the predetermined combustion criterion is that the vibration combustion occurs. And a determination criterion for determining that the oscillating combustion does not occur when the flame exists within a range in which the obtained phase is +90 degrees (π / 2). 4. The vibration combustion analysis apparatus according to 4. In the present invention, when the flame exists within a range where the obtained phase is −90 degrees (−π / 2), it is determined that the vibration combustion occurs, and the obtained phase is When the flame exists within a range of +90 degrees (π / 2), it is determined that the vibration combustion does not occur.
[0025]
The invention according to claim 9 displays the distribution using a vibration memory unit storing data obtained by the analysis unit, data stored in the vibration memory unit and a calculation result by the calculation unit. It is a vibration combustion analysis apparatus as described in any one of Claims 1-4 which has a display means for doing. In this invention, the vibration memory unit stores the data obtained by the analysis unit, and the display unit uses the data stored in the vibration memory unit and the calculation result by the calculation unit to calculate the distribution. indicate.
[0026]
According to a tenth aspect of the present invention, the position of the flame is a substantial distance L between the inlet portion of the combustor and the flame.₁And a substantial distance L between the outlet of the combustor and its flame₂And the distance L₁And L₂The analysis result output from the analysis means is obtained in response to and the content of the analysis result is expressed as the distance L₁And L₂10. A vibration area map creating means for creating a region where the vibration combustion occurs and / or a region where the vibration combustion does not occur, with respect to a coordinate system having a variable as a variable. This is a vibration combustion analysis apparatus. In the present invention, the vibration area map creating means is configured such that the substantial distance L between the inlet portion of the combustor and the flame thereof.₁And a substantial distance L between the outlet of the combustor and its flame₂At the position of the flame expressed by₁And L₂The analysis result output from the analysis means is obtained in response to and the content of the analysis result is expressed as the distance L₁And L₂Is given to a coordinate system having a variable as a variable, and a region where the vibration combustion occurs and / or a region where the vibration combustion does not occur is created.
[0027]
The invention according to claim 11 is the vibration according to claim 10, wherein the vibration area map creating means has a parameter vibration memory section for storing data of a region where the vibration combustion occurs and / or a region where the vibration combustion does not occur. It is a combustion analysis device. In the present invention, the parameter vibration memory unit stores data of a region where the vibration combustion occurs and / or a region where the vibration combustion does not occur.
[0028]
The invention according to claim 12 inputs at least the shape of the combustor, the sound velocity in the combustor and the mixture density as input data, and obtains the natural frequency of the combustor based on the input data, Using the pressure and / or velocity in the combustor for each determined natural frequency and the position of the flame in the combustor, vibration combustion is performed on the combustor based on a predetermined criterion. Whether or not it is generated is analyzed and, as a result of the analysis and determination, when it is determined that the vibration combustion occurs, a predetermined noise of the combustor is set so as to suppress or prevent vibration noise generated by the vibration combustion. This is a method for manufacturing a combustor in which a sound absorbing portion is provided in a part or the position of a flame is adjusted.
[0029]
According to a thirteenth aspect of the present invention, at least a shape of a combustor, a sound speed in the combustor, and a mixture density are input as input data, and the natural frequency of the combustor is obtained based on the input data. The pressure distribution and / or velocity distribution in the combustor for each determined natural frequency is obtained, and the obtained position of the flame in the combustor and the obtained pressure distribution and / or velocity distribution are obtained. And whether or not vibration combustion occurs in the combustor based on a predetermined criterion, and as a result of the analysis and determination, when it is determined that vibration combustion occurs, This is a method for manufacturing a combustor in which a sound absorbing portion is provided at a predetermined portion of the combustor so as to suppress generated vibration noise.
[0030]
According to a fourteenth aspect of the present invention, at least the shape of the combustor, the sound velocity in the combustor, and the mixture density are input as input data, and the natural frequency of the combustor is obtained based on the input data. Determining the pressure distribution in the combustor for each of the determined natural frequencies, and based on the obtained position of the flame in the combustor and the determined pressure distribution, the inlet of the combustor If the flame is present while moving from the position of the determined pressure distribution to the position near the stomach on the basis of the direction from the section toward the outlet, the vibration combustion is determined to occur, and When the flame does not exist between the above, it is determined that the vibration combustion does not occur, and as a result of the determination, when it is determined that the vibration combustion occurs, the position of the pressure distribution from the position of the node to the position near the belly. While heading, the flame As absent, a method of manufacturing a combustor for changing the position of the flame.
[0031]
According to a fifteenth aspect of the present invention, at least a shape of a combustor, a sound speed in the combustor, and a mixture density are input as input data, and a natural frequency of the combustor is obtained based on the input data. Determining the velocity distribution in the combustor for each of the determined natural frequencies, and based on the obtained position of the flame in the combustor and the determined velocity distribution, the inlet of the combustor When the flame is present from the position of the obtained velocity distribution to the position near the node with reference to the direction from the portion toward the outlet, it is determined that the vibration combustion occurs, When the flame does not exist between the above, it is determined that the vibration combustion does not occur, and when it is determined that the vibration combustion occurs as a result of the determination, the position from the antinode of the velocity distribution to the position near the node. While heading, the flame As absent, a method of manufacturing a combustor for changing the position of the flame.
[0032]
According to a sixteenth aspect of the present invention, at least the shape of the combustor, the sound speed in the combustor, and the mixture density are input as input data, and the natural frequency of the combustor is obtained based on the input data. The pressure distribution and / or velocity distribution in the combustor for each determined natural frequency is obtained, and the obtained position of the flame in the combustor and the obtained pressure distribution and / or velocity distribution are obtained. And whether or not vibration combustion occurs for the combustor based on a predetermined criterion, and as a result of the analysis and determination, when it is determined that the vibration combustion occurs, the flame and the A combustor manufacturing method that adjusts a substantial distance between an upstream inlet portion of a combustor and / or a substantial distance between a flame thereof and a downstream outlet portion of the combustor.
[0033]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0034]
FIG. 1 is a configuration diagram of a vibration combustion analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
[0035]
In the figure, an input means 1 is for inputting the shape of a combustor as a design object, the sound velocity in the combustor, the mixture density, and the like as input data. Specifically, the input data here includes the shape, dimensions, temperature conditions, and position of the flame in each combustor such as a heat exchanger, blower, air supply path, and exhaust path. Etc. The calculation means 2 solves the wave equation over the entire combustor based on the input data from the input means 1 (excluding data on the position of the flame), finds the nth natural frequency of the combustor, It is a means for obtaining the pressure distribution in the combustor for each obtained natural frequency. The analysis unit 3 analyzes whether or not vibration combustion occurs in the combustor based on a predetermined determination criterion from the flame position input from the input unit 1 and the pressure distribution obtained by the calculation unit 2. Is to do. In the present specification, the pressure distribution represents the distribution of the amplitude of pressure fluctuation. The velocity distribution represents the amplitude distribution of velocity fluctuations.
[0036]
Here, the predetermined determination criterion is based on the direction from the inlet portion to the outlet portion of the combustor, while the flame is moving from the position of the node of the pressure distribution obtained by the calculating means 2 to the position near the stomach. If it exists, it is determined that vibration combustion occurs, and if it does not exist, it is a criterion for determining that vibration combustion does not occur. In addition to the pressure distribution, the velocity distribution, the local impedance distribution, and the velocity fluctuation / pressure fluctuation phase distribution can also be used as the predetermined criterion.
[0037]
In the case of the velocity distribution, when the flame is present between the antinode position of the velocity distribution obtained by the calculation means 2 and the position near the node with reference to the direction from the inlet portion to the outlet portion of the combustor. Is a criterion for determining that vibration combustion occurs and, if not present, determining that vibration combustion does not occur.
[0038]
In the case of local impedance distribution, when the flame is present at a position where the local impedance obtained by the calculation means 2 increases with reference to the direction from the inlet to the outlet of the combustor, vibration combustion occurs. It is a criterion for determining whether or not vibration combustion does not occur when it does not exist.
[0039]
In the case of the phase of speed fluctuation / pressure fluctuation, if the flame is present at the position of −π / 2, it is determined that vibration combustion occurs. Otherwise, it is determined that vibration combustion does not occur. Is a criterion for
[0040]
Also, the position of the flame in the combustor is the substantial distance L between the inlet and the flame.₁And a substantial distance L between the outlet and its flame₂It is expressed by. Hereinafter, distance L₁Is called the flame upstream length and the distance L₂Is sometimes called the downstream flame length.
[0041]
The vibration area map creation means 4 uses the distance L₁And L₂The analysis result output from the analysis means 3 is obtained corresponding to and the content of the analysis result is expressed by the distance L₁And L₂Is a means for creating a region where vibration combustion occurs and a region where vibration combustion does not occur. Here, the variable L is plotted on the horizontal axis of the Cartesian coordinate system.₁With variable L on the vertical axis₂Correspond to each.
[0042]
Here, prior to describing the operation of the present embodiment, the technical background that made it possible to provide the apparatus will be described slightly.
[0043]
The sound wave passing through the flame from the Rayleigh vibration condition described later increases in volume velocity before and after the flame, and causes a time delay, that is, a phase difference, and this time delay affects the generation condition of the vibration combustion. Recently known. However, this time delay has been investigated by theoretical calculation or measurement, but has not yet been elucidated. Therefore, the occurrence of vibration combustion could not be predicted, and an analysis apparatus for vibration combustion could not be developed.
[0044]
In this embodiment, as will be described later, as a result of investigating this time delay with a household burner, it was found by experiment that it was within half a wavelength. A combustion analysis device could be provided.
[0045]
The operation of the vibration combustion analysis apparatus of the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a flowchart of this embodiment.
[0046]
Step 1: The dimensions as the shape of each element part of the combustion equipment, the temperature distribution of each element, and the mixture density ρ of fuel and air are input to the calculation means 2 by the input means 1 (see FIG. 1). . Specifically, the dimensions here are the cross-sectional area s and length l of each element part (l is the letter L in the alphabet). The reason why the temperature distribution and the air-fuel mixture density ρ are input is to derive the sound speed c required in the calculation process by the calculation means described later.
[0047]
Here, the reason for disassembling each component is as follows. That is, vibration combustion is a standing wave generated in the space of the combustion device. In order to know the vibration combustion occurrence state, the wave equation is solved as described later. Therefore, since the combustion device has a three-dimensional shape, the combustion device is disassembled as a combination of acoustic elements.
[0048]
Step 2: Based on the input data from the input means 1, a frequency is given, the wave equation (see FIGS. 3A to 3D) is solved for each acoustic element, and all elements are combined and solved.
[0049]
3A shows a one-dimensional (acoustic) wave equation of the present embodiment, and FIG. 3B shows an expression of an (acoustic) element.
FIG. 3C is a schematic diagram of the (acoustic) element, in which the left end in the drawing is an inlet and the right end is an outlet (out). A to D are the four-terminal constants of the element. FIG. 3 (d) shows an equation for all elements, that is, a composite four-terminal matrix of n elements. In the figure, the one corresponding to the inlet is indicated as in, and the one corresponding to the outlet is indicated as out. In addition, the letter “p” attached to the upper part of the letter “p” represents pressure fluctuation, the letter “u” attached to the upper part of the letter “u” represents the flow velocity fluctuation, “c” represents the speed of sound, and “s” represents the cross-sectional area of the acoustic element. .
[0050]
Step 3: Connect each element with a matrix to find the natural frequency determined by all elements.
[0051]
If the combustor vibrates and burns, it will vibrate at any one of these natural frequencies.
[0052]
As a result, the sound pressure distribution (see FIGS. 4B and 5B) in the combustion device is obtained for the oscillated frequency. The obtained natural frequency is stored in the natural frequency memory unit, and the sound pressure distribution may be obtained using this result.
At this time, when expressed as acoustic impedance (also referred to as local impedance) obtained by | pressure fluctuation / flow velocity fluctuation | (see FIGS. 4 (d) and 5 (d)), the pressure peak is easily understood. It is also expressed as the phase of pressure fluctuation / speed fluctuation. These sound pressure / velocity, acoustic impedance, and pressure fluctuation / velocity fluctuation phases are stored in the sound pressure / velocity memory section, acoustic impedance memory section, and phase memory section, respectively.
[0053]
4A to 4E show the case where all elements, that is, the inlet / outlet of the combustor are acoustically open, and FIGS. 5A to 5E show the case where the inlet / outlet of the combustor is acoustically open. The case is shown.
[0054]
Specifically, FIG. 4A is a schematic diagram of an acoustic open-end combustor, FIG. 4B is a primary mode pressure distribution diagram, and FIG. 4C is a flow velocity distribution (velocity distribution) diagram. (D) represents the acoustic impedance, and (e) represents the change in the phase of the acoustic impedance.
[0055]
FIG. 5 (a) is a schematic diagram of an acoustic closed-end combustor, and FIGS. 5 (b)-(e) are those for the acoustic closed-end combustor except for FIGS. 4 (b)-(e). ).
[0056]
In the primary mode of the open end, as shown in FIG. 4B, the nodes of the pressure distribution, the antinode (the portion indicating the peak value of the pressure), and the nodes appear on the basis of the direction from the inlet to the outlet. Further, in the closed-end primary mode, as shown in FIG. 5B, antinodes, nodes, and antinodes of the pressure distribution appear on the basis of the above direction.
[0057]
In this way, the oscillation frequency (natural frequency) in the combustor is obtained from the combustion equipment divided into acoustic elements by the one-dimensional wave equation shown in FIG. The oscillation frequency can be obtained from the fundamental frequency (primary mode) to the nth order frequency (nth order mode). This frequency is generally called natural vibration.
[0058]
In addition, as a result of experimenting and investigating a household burner, vibrations up to the third mode were confirmed. Therefore, calculation may be performed up to the third-order mode (see FIGS. 6A to 6C). It was also found that higher vibrations were confirmed as the load on the combustion chamber and the flame hole was larger and the flame was more unstable. FIGS. 6A to 6C show changes in phase and local impedance in each mode when the combustor model described in FIG. 4 is calculated up to the third-order mode. 4 (a) to 4 (e) and FIGS. 5 (a) to 5 (e), the data of the natural frequency, the pressure / velocity memory unit, the local impedance memory unit, the phase memory unit and the flame position memory unit are called and displayed by the graphic device. It is a thing. No. 6 is displayed using a local impedance memory unit and a phase memory unit.
[0059]
Step 4: By the input means 1, the above-mentioned distance L is sent to the computing means 2 (see FIG. 1) as flame position data in the combustor.₁And L₂(See FIGS. 7 and 8). The position of the flame can be predicted from the structure of the burner and the combustion characteristics of the fuel, and flame position calculation means may be used. The calculation result is stored in the flame position memory unit, and the above-mentioned distance L is used as the calculated flame position data.₁And L₂May be given. FIG. 7 is a schematic diagram of the combustor when the inlet / outlet of the combustor is an acoustically open end, and FIG. 8 is a schematic diagram of the combustor when the inlet / outlet of the combustor is an acoustically closed end.
That is, in the case of FIG. 8, unlike FIG.₁Indicates the distance between the inlet 82 of the supply pipe and the flame 81, L₂Indicates the distance between the outlet 83 of the exhaust pipe and the flame 81. In addition, what is represented by a dotted line in FIG. 8 shows a case where the length of the supply pipe 84 and the exhaust pipe 85 is increased, and the position of the inlet 82 of the supply pipe and the position of the outlet 83 of the exhaust pipe are changed. Yes.
[0060]
Step 5: The input flame position (L_{1, m}, L_{2, m}), For example, whether or not the natural frequency of the first-order mode oscillates, that is, whether or not oscillating combustion occurs, is examined. Where (L_{1, m}, L_{2, m}) Is the variable L on the horizontal axis₁With variable L on the vertical axis₂L corresponding to₁・ L₂Represents the coordinate position in the orthogonal coordinate system.
[0061]
Here, the generation conditions of vibration combustion will be described.
[0062]
Vibratory combustion oscillates at an oscillation frequency that satisfies the vibration conditions. Rayleigh vibration conditions are known as vibration conditions in combustion. Oscillation occurs when this Rayleigh vibration condition is satisfied. Therefore, whether or not to oscillate can be determined by examining whether or not each oscillation frequency satisfies the Rayleigh vibration condition. The result of this determination is stored in the vibration memory unit, and this result is stored in the vibration memory unit.
[0063]
The Rayleigh oscillation condition is that the flame oscillates when it is at a quarter wavelength position of the sound field. Recently, this idea has been expanded, and heat fluctuations (shown as having a. Appended to the upper part of the letter h in FIG. 14) have an amplification effect before and after the flame, but a time delay occurs. This time delay increases as the frequency increases, and is said to affect the oscillation conditions.
[0064]
On the other hand, this experiment found for the first time that this delay was within half a wavelength. From the Rayleigh oscillation condition, an oscillation condition is derived upstream of the pressure peak.
[0065]
Using this condition, it is possible to design a combustion device that does not generate vibration, as shown in the present embodiment.
[0066]
Next, the facts found by this experiment will be explained theoretically.
[0067]
That is, it is known that when vibration combustion occurs in a combustion device, the Rayleigh oscillation condition is satisfied.
[0068]
This is expressed as (Equation 1) by PUTNUM.
[0069]
[Expression 1]

[0070]
Solving this,
cos θ> 0.
[0071]
Here, as described above, it is assumed that the letter “u” attached to the upper part of the letter “u” represents the fluctuation of the flow velocity.
[0072]
Therefore, as shown in FIG. 14, the phase difference between the flow velocity fluctuation and the pressure fluctuation is expressed as ωτ.₁, The phase difference between flow velocity fluctuation and heat fluctuation₂Then, θ becomes the following equation.
[0073]
θ = ωτ₁−ωτ₂
For standing waves, ωτ₁Becomes −π / 2 or π / 2.
[0074]
For the first time this time, ωτ₂Is
−π <ωτ₂<0
It is confirmed that.
[0075]
Step 6: given flame position (L_{1, m}, L_{2, m}On the other hand, if the result of the analysis in step 5 indicates that vibration combustion occurs, the process proceeds to step 7, and if it indicates that vibration combustion does not occur, the process proceeds to step 8. It is determined that it should proceed.
[0076]
Step 7: Here, as information for creating a vibration area map to be described later, the position of the flame (L_{1, m}, L_{2, m}) Is attached with information (indicated by a circle in FIG. 9) indicating that vibration combustion occurs. At this time, L_{1, m}, L_{2, m}If the result calculated using as a parameter is stored in the parameter vibration memory unit, the display is convenient.
Then, the process proceeds to Step 9.
[0077]
Step 8: Here, the flame position (L_{1, m}, L_{2, m}) Is attached with information indicating that vibration combustion does not occur (indicated by a cross in FIG. 9). Then, the process proceeds to Step 9.
[0078]
Step 9: The vibration area map creating means 4 determines the flame position (L_{1, m}, L_{2, m}), The data with the ○ mark or X mark indicating the presence or absence of vibration combustion,₁・ L₂The ○ mark or X mark is plotted on the Cartesian coordinate system. In primary mode, the flame position (L_{1, m}, L_{2, m}) And repeat the above plot for each position. The results are recorded in the area map one after another.
[0079]
In this way, a vibration area map is created from the upstream length and the downstream length of the flame as shown in FIG. It oscillates upstream of the maximum value of the pressure peak and does not oscillate downstream.
[0080]
In this way, a vibration area map from the fundamental frequency to the nth order frequency is created (see FIGS. 9B and 9C). At this time, it is convenient to create an area map by the vibration area map creating means 4 based on the data called from the parameter vibration memory section storing the presence / absence of vibration generation from the fundamental frequency to the nth order frequency.
[0081]
FIG. 9A shows a vibration area map in the primary mode, which is divided into a vibration area 91 and a non-vibration area 92 in order from the left side in the figure. FIG. 9B shows a vibration area map in the secondary mode, which is divided into a vibration area 93, a non-vibration area 94, and a vibration area 95. Further, FIG. 9C shows a vibration area map in the tertiary mode, which is divided into a non-vibration region 96, a vibration region 97, a non-vibration region 98, and a vibration region 99.
[0082]
In this way, the vibration area map shows areas that do not vibrate and areas that do not vibrate, and can be used to search for areas that do not vibrate and burn as will be described later.
[0083]
Step 10: A design document for realizing a combustion apparatus that does not vibrate and burn is created by repeatedly performing the above-described calculations and the like using the element dimensions as parameters.
[0084]
Next, FIG. 15 is a block diagram of a vibration combustion analysis apparatus according to another embodiment of the present invention.
[0085]
In FIG. 2, the position of the flame is given as data, but in FIG. 15, the flame position calculating means 141 for calculating the position of the flame from the structure of the burner and the combustion conditions is provided. 1 is divided into a natural frequency calculating means 133, a pressure / speed calculating means 135, and a flame position calculating means 141. Since the local impedance distribution and the phase distribution can be obtained by a calculation means substantially equivalent to the pressure / speed distribution calculation means, the local impedance calculation means 136 and the phase calculation means 137 are collectively shown as the pressure / speed calculation means 135. A memory unit (natural frequency memory unit 134, pressure / velocity memory unit 138, local impedance memory unit 139, and phase memory unit 140) is connected to each calculation means.
The pressure / velocity calculation means 135, the local impedance calculation means 136, and the phase calculation means 137 are from the natural frequency memory section 138, the flame position calculation means 141 is from the pressure / speed memory section 138, and the vibration generation analysis means 143 is flame. Data is fetched from the position memory unit 142, respectively. Further, the pressure / velocity distribution, the local impedance distribution, and the phase distribution are displayed on the graphic device by data from each memory (134, 138, 139, 140, 142, 146).
[0086]
Further, in FIG. 15, the vibration generation analysis unit 143 calculates the presence / absence of vibration using the flame position as a parameter, stores the result in the parameter vibration memory unit 144, fetches data from the area map creation device 145, and stores the area map. Created and used as combustor design data.
[0087]
The above is the description of the vibration combustion analysis apparatus of the present embodiment.
Next, an embodiment of a method for manufacturing a combustor according to the present invention will be described while describing a design example of the combustor using such a vibration combustion analysis apparatus. The term manufacturing method of the present invention is used as a broad concept including design methods.
[0088]
FIGS. 10A to 10D are diagrams showing the pressure distribution diagrams in each mode and the presence or absence of vibration combustion when the flame 101 is set at the position shown in FIG. is there. The black circles on the vibration area map indicate the flame position 102. In the secondary mode (see FIG. 10C), the black circle is in the non-vibration region, but in the other modes, it can be seen that all are in the vibration region. Therefore, it can be seen that in all modes, it is necessary to change the change of the flame position in order to ensure a non-vibrating region.
[0089]
However, when it vibrates to the third order, it is very difficult to secure a region that does not vibrate.
[0090]
In such a case, a combustor that vibrates at a predetermined frequency is designed using the analysis apparatus of the present embodiment.
[0091]
That is, as shown in FIG. 11, the inlet 112 and the outlet 113 of the combustor 111 are closed acoustically. Then, the entire area of the vibration area map becomes a vibration area and vibrates at a constant frequency. A sound absorbing material 114 can be installed on the inlet side of the combustor to absorb a certain frequency, and to suppress vibration generation as well as noise generation.
[0092]
Depending on the combustor, it may be better to vibrate. In this case, only the sound should be positively suppressed to prevent noise.
[0093]
FIG. 11 shows a schematic diagram of a combustor, a pressure distribution diagram, and a vibration area map for an acoustic closed-end combustor. As can be seen from the figure, in this case, the entire region is the vibration region in the tertiary mode. Therefore, by arranging the sound absorbing material (see FIG. 12) having excellent sound absorbing characteristics near the oscillation frequency of 800 Hz as described above, the peak value near 800 Hz before the sound absorbing material is inserted as shown in FIG. It can be seen that the pressure fluctuation having 131 is eliminated after the sound absorbing material is inserted. FIG. 12 shows the normal incident sound absorption coefficient of the sound absorbing material (EPDM) measured by the in-tube method (JIS A 1405). FIG. 13 shows the result of FFT analysis of vibration combustion.
[0094]
As a result, a combustor satisfying performance such as low NOx, low noise, high load, and high TDR while suppressing vibration combustion can be designed by simulation using this apparatus.
[0095]
In addition, as described above, the region that does not vibrate and the region that does not vibrate are obtained from the vibration area map using the upstream length and the downstream length as coordinates from the flame position.
[0096]
When adjusting the lengths of the supply and exhaust pipes, the optimum operating conditions for the combustor can be obtained using this vibration area map. That is, vibration combustion can be prevented while ensuring high performance of the combustor.
[0097]
Thus, according to the method for manufacturing a combustor according to the present embodiment, at least the shape of the combustor, the sound speed in the combustor, and the air-fuel mixture density are input as input data, and based on the input data, Obtaining the natural frequency of the combustor, obtaining the pressure distribution and / or velocity distribution in the combustor for each obtained natural frequency, and obtaining the position of the flame in the combustor obtained, Whether or not vibration combustion occurs in the combustor based on a predetermined determination criterion from the determined pressure distribution and / or velocity distribution, and as a result of the analysis and determination, the vibration combustion occurs. When determined, a sound absorbing portion is provided at a predetermined portion of the combustor so as to suppress vibration noise generated by the vibration combustion.
[0098]
As another method of manufacturing a combustor according to another embodiment, at least a shape of the combustor, a sound speed in the combustor, and a mixture density are input as input data, and the combustor is based on the input data. And calculating the pressure distribution in the combustor for each of the determined natural frequencies, and based on the obtained position of the flame in the combustor and the obtained pressure distribution. When the flame is present from the position of the determined pressure distribution node to the position near the stomach on the basis of the direction from the inlet portion to the outlet portion of the combustor, the vibration combustion occurs. If the flame is not present between the above, it is determined that the vibration combustion does not occur. As a result of the determination, if it is determined that the vibration combustion occurs, the position of the node of the pressure distribution is determined. To the position near the stomach During cormorants, as the flame is not present, it may be one to change the position of the flame.
[0099]
Further, as another manufacturing method, at least the shape of the combustor, the sound velocity in the combustor and the mixture density are input as input data, and the natural frequency of the combustor is obtained based on the input data, The pressure distribution in the combustor for each of the determined natural frequencies is obtained, and based on the obtained position of the flame in the combustor and the obtained velocity distribution, the inlet portion of the combustor When the flame is present from the position of the obtained velocity distribution to the position near the node with reference to the direction from the outlet to the outlet, it is determined that the vibration combustion occurs, and When the flame is not present, it is determined that the oscillating combustion does not occur. As a result of the determination, when it is determined that the oscillating combustion occurs, the velocity distribution goes from the antinode to the position near the node. In between, the flame So as not to exist, it may be what you want to change the position of the flame. Furthermore, as another manufacturing method, at least the shape of the combustor, the sound speed in the combustor and the mixture density are input as input data, and the natural frequency of the combustor is obtained based on the input data, The pressure distribution and / or velocity distribution in the combustor for each of the determined natural frequencies is obtained, and the obtained position of the flame in the combustor, the obtained pressure distribution and / or velocity distribution, and Based on a predetermined determination criterion, whether or not vibration combustion occurs in the combustor is analyzed and determined, and if it is determined that the vibration combustion occurs as a result of the analysis and determination, the flame and the combustion The substantial distance between the upstream inlet of the combustor and / or the substantial distance between the flame and the downstream outlet of the combustor may be adjusted.
[0100]
According to the above embodiment, the shape, size, temperature, and flame position of the combustor (or the flame position is calculated from the burner position) are selected as input data, the natural frequency is calculated, and the natural vibration is calculated. The pressure, velocity, and acoustic impedance of the standing wave were calculated at a frequency close to the number (frequency different by 1/100 Hz), and it was determined whether or not to vibrate from the Rayleigh vibration condition. And a vibration area map can be created and a combustor can be operated in the area | region which does not vibrate.
[0101]
Thus, according to the above-described embodiment, vibration combustion can be predicted, so that trial and error are eliminated at the design stage, and the design man-hour is reduced. Furthermore, vibration combustion can be prevented while ensuring high performance, so high performance of the combustor can be ensured.
[0102]
In this embodiment, a phase lag of the exothermic reaction is introduced so that the Rayleigh vibration condition can be calculated, and the wave lag is solved by finding that this phase lag is within a half wavelength by experiment. At this time, it is desirable to be able to calculate at the personal computer level using a one-dimensional equation and acoustic elements.
[0103]
In the present embodiment, (1) oscillate upstream of the flame. (2) Obtain pressure distribution, velocity distribution, and acoustic impedance near the oscillation frequency. (3) A vibration area map can be obtained and used at the combustor design stage and application stage. (4) At the rise of acoustic impedance, it should be a region that does not vibrate. (5) It was shown that the fourth and higher orders do not oscillate.
[0104]
In the above-described embodiment, the description has been made centering on the case where the pressure distribution is obtained by the calculation means and the presence / absence of combustion vibration is analyzed based on the pressure distribution. However, the present invention is not limited to this. It may be configured to obtain and analyze the presence or absence of occurrence of combustion vibrations based on this (in this case, the relationship between the antinodes and nodes is reversed from that based on the pressure distribution), or the pressure distribution and speed It may be configured to obtain both distributions, further obtain acoustic impedance, and analyze the presence or absence of combustion vibration based on that, or analyze the presence or absence of combustion vibration based on the change in the phase of acoustic impedance As a matter of course, the analysis may be performed based on the equivalent of the pressure distribution, the velocity distribution, or the like. Even in such a configuration, the same effects as described above are exhibited.
[0105]
In the above embodiment, the case where a household combustor is used as the combustor has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be widely applied to, for example, cooking hot water supply and heating and industrial gas turbines. It can also be used for an efficient heat exchanger.
[0106]
In the above embodiment, as a vibration area map, when there is a flame between the position of the pressure distribution node and the position of the belly with reference to the direction from the inlet to the outlet of the combustor, The region has been described as oscillating combustion. However, the present invention is not limited to this. When there is a flame, it may be more realistic to treat the region as a region where vibration combustion occurs. This is because the sound absorbing action or vibration absorbing action by the combustor itself works. Therefore, the vibration area in the vibration area map is narrower than in the above embodiment. In addition, the stronger the vibration, the narrower the vibration area in the vibration area map than in the above embodiment.
[0107]
In the above embodiment of the method for manufacturing a combustor according to the present invention, the case where the pressure distribution and the velocity distribution are obtained has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the local impedance (| pressure fluctuation / speed fluctuation | Alternatively, it is of course possible to obtain a pressure fluctuation / speed fluctuation phase or the like and use this.
[0108]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the present invention has an advantage that it is possible to predict in advance whether or not vibration combustion occurs.
[0109]
In addition, the present invention has an advantage that characteristics such as low NOx, low noise, high load, and high TDR can be ensured with higher performance than before while suppressing vibration combustion.
[0110]
In addition, the present invention has an advantage that a combustor can be manufactured more efficiently than in the prior art.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a vibration combustion analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart according to the embodiment.
FIG. 3A is a diagram showing a wave equation used in this embodiment.
FIG. 3B is a diagram showing the equation of the acoustic element of the present embodiment.
FIG. 3C: a schematic diagram of the acoustic element of the present embodiment
FIG. 3 (d) is a diagram showing expressions of all elements of the present embodiment.
4 (a) to 4 (e) are schematic views of an acoustic open end combustor in a case where all elements of the present embodiment, that is, an inlet / outlet of the combustor are acoustic open ends, in a primary mode. Pressure distribution diagram, velocity distribution diagram, acoustic impedance, phase diagram of acoustic impedance phase change
FIGS. 5A to 5E are schematic views of an acoustic closed-end combustor and a primary mode in a case where all elements of the present embodiment, that is, an inlet / outlet of the combustor is an acoustic closed end; Of pressure distribution, velocity distribution, acoustic impedance, and acoustic impedance phase change
6 (a) to 6 (c) are diagrams showing changes in phase and local impedance in each mode when the model of the combustor described in FIG. 4 is calculated up to the third-order mode.
FIG. 7 is a schematic diagram of the combustor when the inlet / outlet of the combustor according to the present embodiment is an acoustic open end.
FIG. 8 is a schematic diagram of the combustor when the inlet / outlet of the combustor according to the present embodiment is an acoustically closed end.
FIG. 9 is a diagram of each vibration area map in the primary mode, secondary mode, and tertiary mode of the present embodiment.
10 (a) to 10 (d) are primary modes to tertiary modes when the flame 101 is set at the position shown in FIG. 10 (a) in the design stage of the combustor in the present embodiment. Of pressure distribution and vibration area map in each mode
FIG. 11 is a schematic diagram of a combustor, a pressure distribution diagram, and a vibration area map for the acoustic closed-end combustor of the present embodiment.
FIG. 12 is a graph showing the sound absorption characteristics of the sound absorbing material used in the present embodiment.
FIG. 13 is a graph of the result of FFT analysis of vibration combustion in the present embodiment
FIG. 14 is a graph showing the phase difference between the flow velocity fluctuation and the pressure fluctuation, the phase difference between the flow velocity fluctuation and the heat generation fluctuation, and θ according to the present embodiment.
FIG. 15 is an apparatus diagram of another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Input means
2 Calculation means
3 Analysis means
4 Vibration area map creation means
81 flame
82 Inlet of inlet pipe
83 Exhaust pipe outlet
84 Air supply pipe
85 Exhaust pipe
114 Sound absorbing material

Claims

Input means for inputting at least the shape of the combustor, the sound velocity in the combustor, and the mixture density as input data;
Calculation means for obtaining a natural frequency of the combustor based on the input data and obtaining a pressure distribution and / or a velocity distribution in the combustor with respect to the obtained natural frequency;
Whether or not vibration combustion occurs in the combustor based on a predetermined criterion from the obtained flame position in the combustor and the pressure distribution and / or velocity distribution obtained by the calculation means An analysis means for analyzing
A vibration combustion analysis apparatus comprising:

Input means for inputting at least the shape of the combustor, the sound velocity in the combustor, and the mixture density as input data;
A natural frequency calculating means for obtaining a natural frequency of the combustor based on the input data;
A natural frequency memory unit for storing the calculation result of the natural frequency;
Pressure / velocity calculating means for obtaining pressure distribution and / or velocity distribution in the combustor for each natural frequency called from the natural frequency memory unit;
A pressure / velocity memory unit for storing calculation results of the pressure distribution and / or velocity distribution;
Flame position calculating means for calculating the position of the flame in the combustor;
A flame position memory unit for storing the calculation result of the flame position;
Based on a predetermined criterion from the position of the flame in the combustor called from the flame position memory unit and the pressure distribution and / or velocity distribution called from the pressure / velocity memory unit, vibration combustion is performed on the combustor. An analysis means for analyzing whether or not it occurs,
A vibration combustion analysis apparatus comprising:

Input means for inputting at least the shape of the combustor, the sound velocity in the combustor, and the mixture density as input data;
Based on the input data, the natural frequency of the combustor is obtained, local impedance calculation means for obtaining a local impedance distribution for each obtained natural frequency,
Based on a predetermined criterion based on the obtained position of the flame in the combustor and the local impedance distribution obtained by the local impedance calculation means, it is analyzed whether or not vibration combustion occurs in the combustor. Analysis means to
A vibration combustion analysis apparatus comprising:

Input means for inputting at least the shape of the combustor, the sound velocity in the combustor, and the mixture density as input data;
Phase calculating means for obtaining the natural frequency of the combustor based on the input data, and obtaining a velocity and pressure phase distribution for each of the obtained natural frequencies;
Based on a predetermined criterion based on the obtained flame position in the combustor and the speed and pressure phase obtained by the computing means, it is analyzed whether or not vibration combustion occurs in the combustor. Analysis means to
A vibration combustion analysis apparatus comprising:

When the pressure distribution is obtained by the calculation means, the predetermined determination criterion is based on the direction from the inlet portion to the outlet portion of the combustor, and the position near the stomach from the position of the obtained pressure distribution node. If the flame is present while moving toward the position, it is determined that the vibration combustion occurs, and if the flame is not present between the positions, a determination criterion for determining that the vibration combustion does not occur. The vibration combustion analysis apparatus according to claim 1 or 2, wherein

When the speed distribution is obtained by the calculation means, the predetermined determination criterion is based on the direction from the inlet portion to the outlet portion of the combustor and is located near the node from the antinode position of the obtained velocity distribution. If the flame is present while moving toward the position, it is determined that the vibration combustion occurs, and if the flame is not present between the positions, a determination criterion for determining that the vibration combustion does not occur. The vibration combustion analysis apparatus according to claim 1 or 2, wherein

The distribution of the local impedance obtained by the local impedance calculation means is a distribution of absolute values of the local impedance,
The predetermined determination criterion refers to a case where the flame exists within a range in which the absolute value of the local impedance increases as the direction proceeds from the direction toward the outlet to the outlet of the combustor. The determination criterion is that it is determined that the oscillating combustion occurs, and that the oscillating combustion does not occur when the flame does not exist within the range. The vibration combustion analysis apparatus described.

The predetermined criterion is that the vibration combustion is determined to occur when the flame exists within a range where the obtained phase is −90 degrees (−π / 2), and 5. The vibration according to claim 4, wherein when the flame is present in a range where the phase is +90 degrees (π / 2), the determination criterion is that the vibration combustion does not occur. Combustion analyzer.

A vibration memory unit for storing data obtained by the analysis unit; a display unit for displaying the distribution using the data stored in the vibration memory unit and a calculation result by the calculation unit;
The vibration combustion analysis apparatus according to claim 1, wherein the vibration combustion analysis apparatus is provided.

The position of the flame are represented by the inlet portion of the combustor and a substantial distance L ₁ between the flame outlet portion of the combustor and a substantial distance L ₂ between the flame ,
The analysis result output from the analysis means corresponding to the distances L ₁ and L ₂ is obtained, and the content of the analysis result is given to the coordinate system having the distances L ₁ and L ₂ as variables, The vibration combustion analysis apparatus according to any one of claims 1 to 9, further comprising a vibration area map creation unit that creates a region where vibration combustion occurs and / or a region where vibration combustion does not occur.

The vibration combustion analysis apparatus according to claim 10, wherein the vibration area map creation unit includes a parameter vibration memory unit that stores data of a region where the vibration combustion occurs and / or a region where the vibration combustion does not occur.

Input at least the shape of the combustor, the sound velocity in the combustor and the mixture density as input data,
Based on the input data, the natural frequency of the combustor is obtained, and the pressure and / or velocity in the combustor and the position of the flame in the combustor for each of the obtained natural frequencies are used. , Analyzing and determining whether or not vibration combustion occurs for the combustor based on a predetermined criterion,
As a result of the analysis / determination, when it is determined that the vibration combustion occurs, a sound absorbing portion is provided at a predetermined portion of the combustor so as to suppress or prevent vibration noise generated by the vibration combustion, or A method of manufacturing a combustor, wherein the position is adjusted.

Input at least the shape of the combustor, the sound velocity in the combustor and the mixture density as input data,
Based on the input data, determine the natural frequency of the combustor, determine the pressure distribution and / or velocity distribution in the combustor for each of the determined natural frequency,
Analyzing whether or not vibration combustion occurs in the combustor based on a predetermined criterion from the obtained flame position in the combustor and the obtained pressure distribution and / or velocity distribution Judgment,
As a result of the analysis / determination, when it is determined that the vibration combustion occurs, a combustor is provided with a sound absorbing portion at a predetermined portion of the combustor so as to suppress vibration noise generated by the vibration combustion. Manufacturing method.

Input at least the shape of the combustor, the sound velocity in the combustor and the mixture density as input data,
Based on the input data, determine the natural frequency of the combustor, determine the pressure distribution in the combustor for each determined natural frequency,
Based on the obtained flame position in the combustor and the determined pressure distribution, the direction of the determined pressure distribution from the inlet to the outlet of the combustor is used as a reference. When the flame is present from the position toward the position near the belly, it is determined that the vibration combustion occurs, and when the flame is not present between the position, the vibration combustion is determined not to occur. And
As a result of the determination, if it is determined that the vibration combustion occurs, the position of the flame is changed so that the flame does not exist while moving from the position of the node of the pressure distribution to the position near the belly. A method for manufacturing a combustor.

Input at least the shape of the combustor, the sound velocity in the combustor and the mixture density as input data,
Based on the input data, determine the natural frequency of the combustor, determine the velocity distribution in the combustor for each natural frequency determined,
Based on the obtained flame position in the combustor and the obtained velocity distribution, the direction of the obtained velocity distribution from the inlet portion toward the outlet portion of the combustor is used as a reference. When the flame exists from the position to the position near the node, it is determined that the vibration combustion occurs, and when the flame does not exist between the position, it is determined that the vibration combustion does not occur. And
As a result of the determination, when it is determined that the vibration combustion occurs, the position of the flame is changed so that the flame does not exist while moving from the antinode of the velocity distribution to the position near the node. A method for manufacturing a combustor.

Input at least the shape of the combustor, the sound velocity in the combustor and the mixture density as input data,
Based on the input data, determine the natural frequency of the combustor, determine the pressure distribution and / or velocity distribution in the combustor for each of the determined natural frequency,
Analyzing whether or not vibration combustion occurs in the combustor based on a predetermined criterion from the obtained flame position in the combustor and the obtained pressure distribution and / or velocity distribution Judgment,
As a result of the analysis / determination, when it is determined that the vibration combustion occurs, a substantial distance between the flame and the upstream inlet portion of the combustor, and / or the flame and the downstream side of the combustor A method for manufacturing a combustor, characterized by adjusting a substantial distance between the outlet portion and the outlet portion.