Inzicht in de reactie van gasvlammen op akoestische verstoringen bij hoge druk zou turbines van de volgende generatie veiliger en efficiënter moeten maken.

Soldaten die over een brug marcheren, kunnen ervoor zorgen dat de constructie instort als het ritme van hun stap overeenkomt met de natuurlijke trillingsfrequentie van de brug. Verbrandingsingenieurs moeten een soortgelijk effect in overweging nemen bij het ontwerpen van gasturbines die worden gebruikt voor elektriciteitsopwekking en vliegtuigmotoren.

Net zoals voeten van soldaten ervoor kunnen zorgen dat de brug het punt van vernietiging bereikt, een gasturbine kan worden beschadigd, of zelfs ontploffen, als warmte- en drukschommelingen die door de vlam worden geproduceerd, gepaard gaan met de akoestiek van de verbrandingskamer. In mindere mate, deze 'thermo-akoestische instabiliteit belemmert een efficiënte verbranding, toenemende uitstoot van lawaai en vervuiling.

Het voorspellen en voorkomen van thermo-akoestische instabiliteiten blijft een uitdaging voor het ontwerp van een gasturbine. Om de gebruikte modellen te verbeteren, Deanna Lacoste van het Clean Combustion Research Center van KAUST en haar collega's hebben de stabiliteit van gasvlammen bij verhoogde druk gemeten.

Onderzoek naar de reactie van de vlam op akoestische forcering, gebruikt een parameter genaamd vlamoverdrachtsfunctie (FTF), zegt Francesco Di Sabatino, een doctoraat student in het team van Lacoste. De FTF is afgeleid van experimentele metingen van de reactie van de vlam op geluidsgolven. Maar deze experimenten worden meestal uitgevoerd bij atmosferische druk, terwijl echte gasturbines drukken tot 30 bar bereiken.

Lacoste, Di Sabatino en hun collega's onderzochten systematisch het effect van druk op methaan- en propaangasvlammen. "Onze experimenten tonen aan dat de FTF bij atmosferische druk anders is dan de FTF bij verhoogde druk, ", zegt Di Sabatino. Voor zowel methaan- als propaangasvlammen, druk had een bijzonder sterk effect wanneer de luidspreker akoestische verstoringen van 176 Hz produceerde.