Helmholtz型無閥自激脈動(dòng)燃燒器運(yùn)行特性研究.pdf

1、脈動(dòng)燃燒作為一種先進(jìn)的燃燒方式具有燃燒效率高、低污染排放等優(yōu)點(diǎn)。然而脈動(dòng)燃燒機(jī)理復(fù)雜，傳統(tǒng)的Helmholtz型機(jī)械閥或氣動(dòng)閥脈動(dòng)燃燒器由于受到其自吸供氣方式的限制，其熱負(fù)荷低、調(diào)節(jié)范圍窄，這也成為該設(shè)備大型化的主要瓶頸。本文提出了 Helmholtz型無閥自激脈動(dòng)燃燒器的設(shè)計(jì)思想，采用連續(xù)強(qiáng)制供氣方式，直接利用燃燒器的聲學(xué)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生脈動(dòng)燃燒，具有自主調(diào)節(jié)平衡壓力，運(yùn)行可靠性強(qiáng)，容積熱負(fù)荷高，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬，并可實(shí)現(xiàn)大功率化等優(yōu)點(diǎn)。本文以

2、 Helmholtz型無閥自激脈動(dòng)燃燒器為研究對(duì)象，對(duì)燃燒器的頻率特性、壓力特性、傳熱特性、運(yùn)行穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，得到如下研究結(jié)果：
　　(1)研制了 Helmholtz型無閥自激燃?xì)饷}動(dòng)燃燒器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過連續(xù)供氣、供燃料的方式，直接利用燃燒器的Helmholtz型共振聲學(xué)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)脈動(dòng)燃燒，可自主調(diào)節(jié)燃燒器的熱負(fù)荷。實(shí)驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的Helmholtz型無閥自激燃?xì)饷}動(dòng)燃燒器不僅能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的脈

3、動(dòng)燃燒，且脈動(dòng)的壓力幅度明顯高于相同條件下的傳統(tǒng)Helmholtz型脈動(dòng)燃燒器。
　　(2)對(duì)上述 Helmholtz型無閥自激脈動(dòng)燃燒器的頻率特性、壓力特性、傳熱特性進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，得到了燃燒器幾何結(jié)構(gòu)、過量空氣系數(shù)、放熱量與頻率、壓力之間的關(guān)系，并通過實(shí)驗(yàn)研究單尾管及多尾管條件下的燃燒器運(yùn)行特性，驗(yàn)證了理論分析的正確性；定量地比較了單尾管及多尾管條件下脈動(dòng)流與相同雷諾數(shù)下穩(wěn)定流的傳熱系數(shù)，得到脈動(dòng)流的傳熱系數(shù)是穩(wěn)定流

4、傳熱系數(shù)的2~5倍；通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量和計(jì)算，以及在實(shí)驗(yàn)工況條件下對(duì)尾管內(nèi)脈動(dòng)流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，闡述了尾管內(nèi)脈動(dòng)流動(dòng)特性，解釋了脈動(dòng)燃燒強(qiáng)化傳熱的原因。
　　(3)建立了 Helmholtz型無閥自激脈動(dòng)燃燒器穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型。該模型考慮了反應(yīng)物的供給方式、燃燒室內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)、燃燒室壁面輻射與對(duì)流傳熱損失以及尾管內(nèi)流體的密度變化對(duì)脈動(dòng)燃燒穩(wěn)定運(yùn)行的影響。在實(shí)驗(yàn)條件范圍內(nèi)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，得到了 Helmholtz型無閥自激

5、脈動(dòng)燃燒器能夠穩(wěn)定運(yùn)行的條件。
　　(4)提出了在不改變?nèi)紵鹘Y(jié)構(gòu)的條件下調(diào)節(jié)脈動(dòng)燃燒的方法。在脈動(dòng)燃燒器尾部建立去耦室壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)研究了去耦室壓力變化對(duì)脈動(dòng)燃燒器運(yùn)行特性的影響，并根據(jù)聲學(xué)理論分析了各參數(shù)之間的關(guān)系，提出了能夠增強(qiáng)脈動(dòng)燃燒強(qiáng)度及增強(qiáng)傳熱的方法。針對(duì) Helmholtz型無閥自激脈動(dòng)燃燒器運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的頻率跳變現(xiàn)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得到了脈動(dòng)燃燒器的運(yùn)行頻率隨熱負(fù)荷、當(dāng)量比跳變的規(guī)律，并運(yùn)用瑞利準(zhǔn)則分析了