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题名弱旋预混火焰中热声振荡多模态转换的实验与模拟研究
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作者
陆世康
季晨振
王萌铭
潘登
朱彤
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机构
同济大学机械与能源工程学院
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出处
《推进技术》
北大核心
2025年第1期150-162,共13页
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基金
国家自然科学基金青年项目(52106181)
上海市科委基金面上项目(21ZR1466000)
上海市浦江人才计划项目(21PJ1412700)。
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文摘
为研究弱旋预混火焰在当量比变化过程中热声不稳定的频率迁移、模态转换特征及内在机理,通过傅里叶变换、相空间重构、OH*时序及平均火焰图像等方法对实验中出现的极限环、拍振、间歇性振荡等典型燃烧不稳定状态进行分析;结合低阶热声网络与n-τ模型,对热声振荡过程中发生的模态转换现象进行模拟,其中延迟时间τ使用了对流延迟时间进行近似,其基于未燃混合物长度计算得到。实验结果表明,在当量比φ=0.5~0.7内,随着当量比的增加,一阶振荡频率向更高频率迁移;在φ=0.8时,振荡主频从一阶模态转换到二阶模态;φ=0.9~1.2内,一阶振荡频率降低,变化幅度最高达41.48%;并且当φ=1.1时,振荡主频从二阶模态转换回一阶模态;在整个当量比区间内,二阶振荡频率变化幅度小于5%。计算结果显示,振荡频率的预测值与实验值整体吻合良好,尤其是当φ=0.8时,二阶频率的增长率大于一阶频率的增长率,对应实验中发生的一阶模态到二阶模态的转换。同时在部分工况下,预测的振荡频率与实验值也有偏移,其原因是增益的增加导致偏离增大,一阶频率的最大误差为26.4%,二阶频率的最大误差小于12%。本研究表明,对流延迟时间与振荡主频的分布存在反比关系,对流延迟时间的缩短会使得一阶频率向高频迁移,过程中振荡模态会由一阶转换到二阶模态。
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关键词
燃气轮机燃烧室
燃烧不稳定
热声振荡
热声耦合
对流延迟时间
低阶热声网络
模态转换
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Keywords
Gas turbine combustor
Combustion instabilities
Thermoacoustic instabilities
Thermoacoustic coupling
Convection delay time
Low-order thermoacoustic network
Mode hopping
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分类号
V231
[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
V430
[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
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题名多孔陶瓷板预混火焰热声振荡多模态转换实验研究
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作者
王阿彪
季晨振
宋秀阳
王萌铭
潘登
朱彤
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机构
同济大学机械与能源工程学院
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出处
《燃烧科学与技术》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第6期609-618,共10页
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基金
国家自然科学基金青年基金资助项目(52106181)
上海市浦江人才计划资助项目(21PJ1412700).
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文摘
针对多孔陶瓷板甲烷-空气预混火焰,搭建了两端开口的Rijke管实验台,研究了当量比对多模态转换的影响,分析了不同自激振荡模态下火焰的不稳定特征.实验结果表明,当量比的变化会引起自激振荡模态转换.当燃烧功率固定为0.96 kW,增加空气流量,当量比从1.17降低到0.71时,管内压力振荡主频由163 Hz迁移至355 Hz.利用格林函数法计算Rijke管的声学特征频率,表明实验测试的两组自激振荡频率分别为Rijke管的一阶和二阶声学特征频率.不同当量比下火焰平均热释放率图像表明,高当量比火焰更易与系统低阶振荡频率耦合,这是因为此时火焰长度较高,且预混气体流速较慢,对应对流延迟时间较长.使用相平均和本征正交分解方法得到了不同振荡频率下的振荡模态,低频振荡以轴向振荡为主,高频振荡以频闪振荡为主.
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关键词
燃烧不稳定
热声振荡
模态转换
格林函数法
POD分解
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Keywords
combustion instability
thermoacoustic oscillations
modal transitions
Green’s function method
proper orthogonal decomposition
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分类号
TK16
[动力工程及工程热物理—热能工程]
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