本文關(guān)鍵詞：火焰面波動激發(fā)漩渦脫落的熱聲振蕩機理研究

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【摘要】：貧預(yù)混燃燒技術(shù)由于具有污染物排放水平低的優(yōu)勢,最近幾十年在工業(yè)燃?xì)廨啓C領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,被譽為最具有前途的低污染燃燒技術(shù),但是該技術(shù)卻始終無法回避熱聲振蕩問題的困擾。雖然各國學(xué)者發(fā)展了很多著名的發(fā)生機理試圖解釋熱聲振蕩現(xiàn)象,但是由于熱聲振蕩問題極其復(fù)雜,目前熱聲振蕩的發(fā)生機理依然不明。針對熱聲振蕩發(fā)生機理不明的現(xiàn)狀,本文在綜合前人火焰面波動機理和漩渦脫落機理的成果的基礎(chǔ)上,提出了火焰面波動激發(fā)漩渦脫落的熱聲振蕩發(fā)生機理假說,并嘗試通過理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬和實驗驗證相結(jié)合的方法檢驗該發(fā)生機理的準(zhǔn)確性。理論推導(dǎo)方面發(fā)展了火焰面波動對應(yīng)的燃燒熱釋放模型,得到了影響燃燒熱釋放波動的主要因素和影響規(guī)律；數(shù)值模擬方面驗證了模態(tài)分析方法對熱聲振蕩研究的有效性,從頻域方面得到了本文模型燃燒室聲場的固有頻率、聲壓振型和振幅增長率隨溫度和當(dāng)量比的變化規(guī)律,時域方面得到了火焰面波動熱聲振蕩穩(wěn)定區(qū)間和非穩(wěn)定區(qū)間；實驗部分通過研究熱釋放與聲壓波動的規(guī)律,確認(rèn)了漩渦脫落是熱聲振蕩的發(fā)生機理,但是火焰面波動卻不是激發(fā)漩渦脫落的直接原因,并且通過總結(jié)歸納,發(fā)現(xiàn)了聲壓振蕩從非熱致發(fā)聲—低頻熱致發(fā)聲-高頻熱致發(fā)聲-熱聲振蕩的變化規(guī)律,解釋了出現(xiàn)以上變化的原因。本文主要結(jié)論如下：—燃燒熱釋放模型推導(dǎo)方面：1燃燒熱膨脹效應(yīng)對熱釋放函數(shù)的幅頻特性具有重要影響,但是對相頻特性不構(gòu)成影響,不同的燃燒熱膨脹條件下的相頻特性完全相同。2燃燒室高度、中心體高度、平均速度對火焰面波動熱釋放規(guī)律具有重要影響,并且不同的熱膨脹參數(shù)下對幅頻和相頻的影響規(guī)律各不相同。3火焰?zhèn)鞑ニ俣仁怯绊懟鹧婷娌▌訜後尫诺年P(guān)鍵參數(shù),能夠強烈地影響聲壓波動與熱釋放波動之間的時間延遲。二數(shù)值模擬方面：1模態(tài)分析是熱聲振蕩研究的有效方法,能夠預(yù)測熱聲振蕩的頻率、振型和振幅增長率等參數(shù)。2熱聲振蕩的各階頻率隨著當(dāng)量比的增加而增加,相同階的熱聲振蕩頻率的對應(yīng)的振型相同,只有熱聲振蕩的頻率和振型都正確時,才能判定熱聲振蕩已經(jīng)發(fā)生。3當(dāng)量比和燃燒溫度對火焰面波動激發(fā)的熱聲振蕩的振幅增長率具有重要影響,不同階頻率對應(yīng)的振幅增長率敏感區(qū)間隨當(dāng)量比和溫度的增加變化規(guī)律相差巨大。4不同流量下,火焰面波動在不同當(dāng)量比下激發(fā)熱聲振蕩的能力不同,存在著不同的熱聲振蕩發(fā)生區(qū)間。三實驗方面：1雖然漩渦脫落是導(dǎo)致熱聲振蕩的原因,但是漩渦脫落并非由火焰面波動所激發(fā)。2實驗過程存在非熱致發(fā)聲、低頻熱致發(fā)聲和高頻熱致發(fā)聲3種不同的現(xiàn)象,時間延遲不同是3種實驗現(xiàn)象之間的最顯著區(qū)別。3時間延遲是導(dǎo)致熱致發(fā)生的最重要因素,當(dāng)能量高的模態(tài)的時間延遲滿足瑞利準(zhǔn)則時,將導(dǎo)致大強度的熱致發(fā)聲現(xiàn)象,當(dāng)能量低的模態(tài)的實驗延遲滿足瑞利準(zhǔn)則時,將導(dǎo)致低強度的熱致發(fā)聲現(xiàn)象。4熱聲振蕩是熱致發(fā)聲的極端情況,當(dāng)熱致發(fā)聲的頻率等于燃燒室固有頻率時,熱聲振蕩將會發(fā)生。綜上所述,本文最終證實了漩渦脫落是熱聲振蕩的發(fā)生機理,但是火焰面波動不是漩渦脫落的直接原因。熱聲振蕩現(xiàn)象是本文高頻熱致發(fā)聲的極端情況,是由于高頻熱致發(fā)聲的頻率與燃燒室固有頻率接近導(dǎo)致共振現(xiàn)象所導(dǎo)致。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK16

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本文編號：1209710