热声耦合燃烧振荡中火焰锋面识别分析

针对火焰图像中火焰锋面位置难以确定的问题,通过自行开发MATLAB程序和恒定强度阈值算法对图像中的火焰锋面边界进行识别和优化,对图像的二值图进行形态学处理,获得时域内火焰锋面的归一化面积曲线;利用Labview程序实现高速照相机、光电倍增管和麦克风的同步触发,结合频谱信息得到相同周期内的归一化面积脉动和热释放率脉动。分析后显示,两者变化趋势基本相同,皮尔逊相关系数为0.915,为极强相关关系,验证了此方法的可行性。

自适应湍流耦合建表燃烧模型的振荡燃烧数值模拟

航空发动机及燃气轮机等动力装备燃烧室广泛采用的贫燃燃烧方式经常遇到破坏性的非定常热声耦合振荡燃烧问题。非定常振荡燃烧数值预测是一个长期的研究热点和难题。发展了针对振荡燃烧的耦合直接求解数值模拟方法,包括优化的动态模型参数的高精度自适应湍流模型(SATES),耦合可压缩的详细化学反应建表FGM燃烧模型。选取的3种湍流燃烧模型包括有限速率模型(W1)及火焰面密度封闭方法中的Zimont(W2)和Fureby(W3)2种褶皱因子模型。针对经典的LIMOUSINE燃烧室多个部分预混振荡燃烧工况开展了数值研究,发现自适应湍流模拟框架下的3种燃烧模型均准确预测到了振荡燃烧的振荡频率,与试验相比,误差<6.4%;对于振荡燃烧压力脉动振幅的预测结果,有限速率模型(W1)和Zimont(W2)模型结果显著大于试验值,误差>380%;Fureby(W3)模型结果与试验值吻合较好,误差<17.9%。表明振荡燃烧的数值预测对不同的湍流及湍流燃烧模型具有较高的敏感性。不同的工况结果表明,振荡燃烧存在完全振荡模态和过渡模态,完全振荡模态中数值预测的特征主频在燃烧室上下游多个位置趋于一致;过渡振荡模态中上下游不同位置预测的特征主频存在双峰,即双频模式。本文发展的数值模拟方法对振荡燃烧的预测具有较高的计算精度和可靠性。