黎開管燃燒不穩(wěn)定性非線性數(shù)值計算和實驗研究.pdf

1、熱聲不穩(wěn)定性是燃燒系統(tǒng)中燃燒過程和聲波擾動的耦合交互作用所形成的。壓力波動在燃燒室內(nèi)的傳播，其中的一部分從壁面反射回燃燒區(qū)域。這就有可能引起不穩(wěn)定的放熱。在特定條件下，這種反饋會導(dǎo)致較大振幅且具有一定破壞性的自激熱聲振蕩，也就是所謂的燃燒不穩(wěn)定性。這種振動會引起結(jié)構(gòu)損壞，磨損接口，出現(xiàn)火焰回閃和熄火情況，還會強化傳熱甚至更嚴重的后果。為了穩(wěn)定燃燒系統(tǒng)，可以利用被動和主動控制的方式來打破不穩(wěn)定放熱和聲波之間的耦合關(guān)系。
　　相比于主

2、動控制方式，被動控制方法具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單等特點，因此被廣泛應(yīng)用于各類燃燒系統(tǒng)當中。本文根據(jù)熱聲耦合理論分析結(jié)果，利用電子加熱器對黎開管內(nèi)的熱聲不穩(wěn)定性進行了控制研究。結(jié)果表明當啟用加熱器后，火焰壓強振蕩有了顯著的減弱，其減弱效果與加熱帶的溫度有很大關(guān)系。為進一步驗證理論結(jié)果的正確性，還分別進行了模擬仿真計算和實驗測量，兩者所得結(jié)果與理論分析具有較高的擬合度。這表示燃燒不穩(wěn)定性是可以通過第二熱源的方式來進行控制是可行的。
　　作

3、為對比，同時也是為了更好地理解熱聲耦合特性，本文還利用冷卻水對旋流燃燒器內(nèi)的自激熱聲振蕩進行了實驗研究。結(jié)果表明，啟用冷卻水熱交換器后，黎開管內(nèi)的熱聲振蕩幅值有了明顯的提高。實驗還發(fā)現(xiàn)旋流燃燒器燃燒過程中所發(fā)出的聲音隨當量比的增大而增強，這是一個漸變的過程。所以當當量比向反方向變化時，這種聲音逐漸減弱并最終消失。且當當量比正反向變化時,壓力振幅的變化是不一樣的，當當量比由大減小反向變化時，其平均壓力要比正向變化的大。入口速度越大，則這種

4、差異越明顯。
　　利用駐波波節(jié)處的特性來穩(wěn)定火焰也是實現(xiàn)火焰穩(wěn)定的另一種手段。本文通過模擬仿真的方式對含有駐波條件下的預(yù)混燃燒火焰進行了動態(tài)響應(yīng)分析，結(jié)果表明火焰特性受軸向位置的影響很大，噴射的過程中具有較大尺度的速度振蕩，可以觀察到出現(xiàn)了一種蘑菇狀的不穩(wěn)定火焰。結(jié)果表明火焰?zhèn)鬟f方程是非線性的，其不僅受聲波擾動的幅值影響很大，而且和聲波頻率的關(guān)聯(lián)也很密切。研究還表明，相比于丙烷燃料，在駐波條件下采用氫氣作為燃料不僅更加清潔，而且所