模型燃烧室中值班火焰的燃烧不稳定性分析

针对模型燃烧室中值班火焰的燃烧不稳定性问题,实验测量燃烧室内多点动态压力和火焰图像,利用快速傅里叶分析、本征正交分解(POD)等方法进行分析。结果表明:随着当量比增大,值班火焰的稳定性发生2次分岔现象,相应的不稳定模态分别对应系统的3阶、2阶本征纵向声学模态,均发生极限环振荡。POD结果表明:涡声频率锁定,发生在燃烧室纵向声学模态频率处,燃烧室内发生声-涡-火焰耦合的不稳定过程。而伴随着当量比提高,一方面,大尺度旋涡脱落改变火焰面积引发强烈放热振荡,声能产生增大;另一方面,两分支火焰张角不断增大,火焰位置主要波动方向与主要声学波动沿同一轴线。两方面作用下热声耦合更加容易,热释放脉动与压力脉动耦合的相位角减小,进而发生模态转换。

高温升燃烧室热声耦合特性研究

为建立燃烧室热声不稳定性预测和分析方法,以某高温升单管燃烧室试验件为研究对象,构建了试验系统低阶热声网络(LOTAN)模型。基于试验数据,利用优化的方法获得了各工况下的火焰传递函数(FTF),并利用Kriging模型拟合出了增益与迟滞时间对工况参数的响应模型。利用拟合出的FTF响应模型分析了油气比和进气速度对燃烧室热声稳定性的影响。研究结果表明:通过优化得到的FTF能够较准确反映各工况下的非稳态热释放特性,导入LOTAN中计算得到的结果与试验结果吻合较好,最大误差约3.32%;油气比的改变会引起不稳定模态的转变,油气比或进气速度升高时,系统特征频率也随之升高。

运用波动方程计算内燃机爆震燃烧时的热声耦合性质

分析热声耦合领域和内燃机爆震的研究现状,给出根据KIVA燃烧模型推导出的三维波动方程,将之与KIVA相耦合,对一台内燃机爆震燃烧时的声波进行计算.结果显示,燃烧室内声学波动频率很高,且爆震时其幅值可达数个兆帕.对比实测爆震气缸压力高频信号可知,该波动方程可正确计算爆震时燃烧室内声波.对比高速摄影实验结果.声场计算结果和气体获得声功的分布图可知,声场的振荡比火焰传播更快、更复杂;内燃机燃烧的热声振荡没有特定部位稳定声功的输出或输入.最后,总结了常规热声机和内燃机热声耦合性质的异同.

Rijke-ZT型脉动锅炉燃烧系统分析

通过对Rijke—ZT型脉动锅炉燃烧系统的试验分析,得出以下结论:(1)采用变截面方法可以减少声能在管口的损失,减小长径比;(2)两端收口后的Rijke-ZT型燃烧器长径比明显缩小,工作频率不再满足1／2波长管特性,燃烧器的加热面位置也不同于直管Rijke脉动燃烧器;(3)用一维声传播传递矩阵法能方便地估算Rijke-ZT型脉动燃烧器的脉动频率,其误差范围在10％以内;(4)只要脉动工作频率低于尾管的截止频率,尾管内就只能形成一维平面驻波脉动,从而在保证整个Rijke—ZT型脉动燃烧器正常工作的同时,可实现尾管任意角度弯曲。

声场作用下甲烷部分预混火焰不同当量比和流速对NO_x生成的影响

采用Rijke型脉动燃烧试验台,利用火焰直拍图像、NOx采集系统,对声场作用下甲烷部分预混火焰在不同当量比和流速下的NOx生成特性进行了比较和分析。结果表明,随着当量比的增大,在3.3-4处NO排放因子（NOemissionindex,EINO）出现拐点EI,当量比小于EI时,EINO随当量比的增大而先增后减;当量比大于EI时,EINO随当量比的增大而增大。当量比在2-4时,混合气流速对EINO的影响较小;当量比大于4时,EINO随着流速的增加而增加,但相对于稳态燃烧,EINO随流速增加的速率明显减小,原因在于,流速的增大致使火焰长度增加,燃料在高温区域停留时间变大,而相对于稳态火焰,脉动声场的作用使火焰长度变短。

烟火药水下燃烧的声辐射机理与实验研究(英文)

烟火药水下燃烧能够形成低频的水下声。法国烟火集团拉克鲁瓦防御公司研制出了一种'烟火——声电'声诱饵(1995),但是至今还没有进行深入的研究与报道。本文就烟火药水下燃烧的声辐射机理进行了探讨。结果显示,其所辐射的噪声主要包括喷注噪声和气泡噪声,进一步的分析发现主要以气泡噪声为主,喷注湍流噪声为辅。为了证明此观点,实验研究了具有脉动燃烧效应的烟火药水下燃烧时的声辐射特性。

Rijke管工作原理新探讨

Rijke 管现象是热力激发声振的典型例子.本文从基本方程着手,用声强的概念,阐明了 Rijke 管的工作原理.研究表明,由于 Rijke 管中的温度梯度和空气主流量使声振速度和压力脉动之间的相位差不是90°,因此有声强的产生.当声强梯度的负值等于声能在管内的耗散时,系统就维持声振状态.文中还评述了几种 Rijke 管工作原理的旧模式.

燃烧振荡的驱动机理

针对热力系统中声耦合燃烧振荡问题,分析了强迫共振和热声自激两类声耦合燃烧振荡的机理,重点综述了热声自激振荡的若干驱动机制,并给出了防止声耦合燃烧振荡的措施。

燃烧室热-声激励及响应的模拟研究

为研究燃烧室点火时内部产生的热-声激励及其对燃烧室结构的影响,基于流固耦合技术建立了包括燃烧室结构及其内部流场的流固耦合模型,利用CFD软件模拟燃料燃烧过程及声波传播过程,得到温度及声压。研究表明,燃烧室入口处声压振荡与火焰放热振荡相移较小,声压增强效果明显,且具有较大幅值,远离入口处的声压波幅值逐渐减小;热应力与声压应力的量级相同,且声压应力为交变应力,易引起结构共振;声压产生的应力波主要由声压的1~5倍频合成,其中1倍频对应力影响最大。

关于瑞利激振准则的讨论

对热能激发声振的瑞利（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）准则的唯。性和通用性进行讨论，指出普特南姆（Ｐｕｔｎａｍ）和丹尼斯（Ｄａｎｎｉｓ）在证明瑞利准则时的问题。本文以里克（Ｒｉｊｋｅ）管为例，指出必须寻找新的激振机理和准则来完善对热声激励的认识。

某塔式锅炉异常振动现象及原因分析

根据发生区域的不同,对锅炉振动进行分类,并指出各区域诱发振动的可能原因。某塔式锅炉异常振动的出现周期及发生部位无统一规律,由测试得知燃烧脉动频率为2~5 Hz,垂直于炉膛法向的一阶声学频率为14~18 Hz,结合热态检查可排除热声振动、燃烧脉动、局部刚性差等原因。锅炉出现冲击振动时,计算炉墙瞬时冲击作用压力为220~366 Pa。实际炉膛低负压运行时波动变化范围为-450~150 Pa。通过燃烧数值模拟发现,不同摆角条件下,炉内CO分布存在很大差异。燃烧动力场组织不当会导致CO富集,当CO聚集到一定浓度并与氧气混合后,易发生局部爆燃,锅炉出现异常振动。

浓淡燃烧噪音及振动原因分析及解决方案研究

本文通过流体数据分析及实验验证,分析了燃烧浓淡燃烧器噪音及振动产生的主要原因,认为浓淡燃烧器所产生的燃烧噪音及振动关键在于热释放波动,并提出影响热释放波动的主要因素,为解决浓淡燃烧噪音及振动提供了研究方向。

声场作用下甲烷部分预混火焰NO_x生成特性实验研究

在Rijke管产生的强迫脉动驻波声场下,以甲烷层流部分预混火焰为研究对象,比较了脉动燃烧与稳态燃烧下NO_x随当量比的变化规律,结合微细热电偶、火焰探针,讨论了火焰内部温度场和组分浓度变化,分析了脉动燃烧下NO_x降低机理。结果表明脉动燃烧下甲烷部分预混火焰的NO_x降低,其主要机理为:脉动燃烧下火焰的峰值温度低,温度分布均匀,局部高温区小;脉动使火焰内部的空气掺混量增加,强化了化学反应速率;脉动燃烧减小了反应区域,缩短了气体在高温区的停留时间,使得NO_x生成量小。

声场扰动下预混旋流管状火焰动态响应特性

针对预混旋流管状火焰不稳定问题,开展不同空气体积流量和当量比甲烷/空气火焰对轴向声场扰动响应特性的实验研究,揭示了火焰对不同声场频率的动态响应范围,获得了声场扰动下火焰结构、声压、OH~*等的变化规律。结果表明:火焰对声场的响应呈现低通滤波特性,高频声场对火焰影响较弱,中、低频声场迫使火焰发生同频振荡,甚至引发熄火现象。通过调整入口体积流量发现低通滤波特性的特征频率和低频熄火频率受混合燃气的体积流量及当量比的影响较小。熄火拉伸率计算表明:相对于高当量比火焰,当量比小于等于0.65时火焰抗熄火能力较弱,在中频声场扰动下火焰局部熄火致使火焰抬升。

结合系统辨识方法的旋流部分预混燃烧不稳定预测及控制研究

本文研究了旋流部分预混火焰的燃烧不稳定性预测以及控制方法。利用计算流体力学方法,结合系统辨识理论得到了火焰传递函数,并通过Helmholtz求解器对系统的燃烧不稳定进行了预测分析。预测的系统振荡频率和实验偏差6%,验证了系统辨识方法用于燃烧不稳定预测的准确性。进一步,结合多孔声衬声学阻抗模型,研究了多孔声衬对燃烧不稳定性的抑制效果。结果表明引入多孔声衬后,燃烧器主导模态的增长率由0.24 rad/s降低为-0.13 rad/s,实现了对燃烧不稳定的控制。

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。