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贫燃预混旋流火焰动力学失稳过程分析 被引量:8
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作者 刘联胜 林博颖 +4 位作者 包婕 朱金辉 袁艳 陆俊 贺长浩 《燃烧科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期491-498,共8页
利用实验和数值模拟方法对贫燃预混旋流火焰的动力学失稳过程进行了分析,发现燃烧室入口非反应旋流入射过程所诱发的低频压力振荡将引起反应流热声振荡,两者之间具有倍频关系;旋流剪切边界层内较高的速度梯度诱导产生小尺度漩涡,三维螺... 利用实验和数值模拟方法对贫燃预混旋流火焰的动力学失稳过程进行了分析,发现燃烧室入口非反应旋流入射过程所诱发的低频压力振荡将引起反应流热声振荡,两者之间具有倍频关系;旋流剪切边界层内较高的速度梯度诱导产生小尺度漩涡,三维螺旋结构的涡漩进动过程将造成火焰面内出现周期性的局部熄火和重新着火,从而使非平衡羟基等值面和中心回流区尺度出现周期性变化,并进一步诱发低频、高幅压力振荡,导致火焰发生动力学失稳;涡漩进动、中心回流区尺度、非平衡羟基等值面变化及压力振荡具有相同的频率. 展开更多
关键词 贫燃预混旋流火焰 涡漩进动 动力学失稳 压力振荡 数值模拟
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声场作用下氨氢旋流预混燃烧NO_(x)排放特性研究
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作者 邓凯 刘镇宇 +5 位作者 蔡路茵 陈建林 梁志荣 何艾迪 叶识恒 林文涛 《动力工程学报》 北大核心 2025年第3期410-419,共10页
针对声场作用下氨氢旋流预混火焰NO_(x)生成特性,基于OH-PLIF图像测试技术,对声频率为180 Hz和压力振幅为200 Pa的火焰结构进行了分析,通过图像处理技术得到火焰结构及表面密度分布,探讨了不同当量比和掺氢比下燃烧和声场脉动耦合作用对... 针对声场作用下氨氢旋流预混火焰NO_(x)生成特性,基于OH-PLIF图像测试技术,对声频率为180 Hz和压力振幅为200 Pa的火焰结构进行了分析,通过图像处理技术得到火焰结构及表面密度分布,探讨了不同当量比和掺氢比下燃烧和声场脉动耦合作用对NO_(x)排放的影响。结果表明:声场作用能在一定程度上抑制氨氢旋流预混火焰NO_(x)的生成,其减排效果受到当量比Φ和掺氢比Z_(f)的影响;声场对燃烧流场的影响主要作用于火焰周围的空气,形成周期性脉动流,因此声场对低当量比(Φ≤0.8)、以空气动量主导的燃烧场下产生的NO_(x)有较好的减排作用,对高当量比(Φ>0.8)、以燃料化学反应主导的燃烧场下产生的NO_(x)影响较小;声场作用下贫燃火焰表面密度增大,平均OH强度降低,这是因为声场强化了火焰燃烧强度,加快了燃烧速率以及与周围流场的传热传质;当掺氢比较低(0.20≤Z_(f)<0.30)时,声场作用使火焰面积缩小,NO_(x)减排幅度相对较高;当掺氢比较高(0.30≤Z_(f)≤0.35)时,对火焰面积的压缩效应减弱,NO_(x)减排幅度略有降低。 展开更多
关键词 脉动燃烧 氨氢旋流预混火焰 NO_(x) 当量比 掺氢比
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同心旋流分层预混火焰的动力学模态分析 被引量:13
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作者 张弛 周宇晨 +1 位作者 韩啸 林宇震 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期595-604,共10页
为了探究同心旋流分层火焰的不稳定燃烧问题,需要对火焰的动态脉动特性进行分析。采用高速摄像捕捉了自激和外激条件下同心旋流分层预混火焰的CH*化学发光动态图像,利用动力学模态分解(DMD)方法研究其主导脉动模态,提取出了相关模态的... 为了探究同心旋流分层火焰的不稳定燃烧问题,需要对火焰的动态脉动特性进行分析。采用高速摄像捕捉了自激和外激条件下同心旋流分层预混火焰的CH*化学发光动态图像,利用动力学模态分解(DMD)方法研究其主导脉动模态,提取出了相关模态的空间形态和脉动幅值,证明燃烧组织方式的改变会对火焰脉动的形态和规律产生影响。研究发现:模态分解可以反映分层旋流火焰的动态响应特征,并能解析脉动空间结构,验证火焰形态和外激频率对火焰动态响应的影响,其规律和火焰传递函数结果符合,且在分层比0.5~2内提高分层比使释热中心转移到预燃级和主燃级的剪切层内,300Hz^400Hz释热脉动将加强。验证了DMD方法适用于处理分析复杂分层旋流火焰的脉动特征,可为燃烧振荡控制提供参考。 展开更多
关键词 航空发动机 低排放燃烧室 同心旋流分层预混火焰 动力学模态分解 燃烧不稳定性
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预混火焰中热声振荡非线性特征的实验研究 被引量:1
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作者 吉龙娟 李德立 +3 位作者 胡光亚 张玮杰 王金华 黄佐华 《燃烧科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期119-127,共9页
针对旋流预混火焰热声不稳定性开展了实验研究.主要关注当量比对热声振荡系统非线性动力学行为的影响规律.实验结果表明,随着当量比从贫燃向富燃增大,火焰发生了Hopf分岔,火焰也经历了稳定燃烧、准周期振荡(拍振)、极限环振荡、准周期... 针对旋流预混火焰热声不稳定性开展了实验研究.主要关注当量比对热声振荡系统非线性动力学行为的影响规律.实验结果表明,随着当量比从贫燃向富燃增大,火焰发生了Hopf分岔,火焰也经历了稳定燃烧、准周期振荡(拍振)、极限环振荡、准周期振荡以及稳定燃烧的模态转变过程.长燃烧室中火焰宏观结构的转变伴随着火焰动态模式的改变.当发生极限环振荡时,声压-火焰-涡流耦合作用致使反应区表现出大幅度的周期对流运动. 展开更多
关键词 非线性动力学 HOPF分岔 热声不稳定 旋流预混火焰 火焰结构
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旋流预混燃烧室火焰描述函数分析及其自激热声计算
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作者 余志健 杨旸 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期169-181,共13页
为考察运行参数对火焰描述函数的影响,及验证结合火焰描述函数的燃烧室热声不稳定数值预测方法可行性,测量了一燃气轮机典型旋流部分预混火焰不同运行参数下的火焰描述函数,并结合该实测火焰描述函数及热态阻尼率,采用亥姆霍兹法数值预... 为考察运行参数对火焰描述函数的影响,及验证结合火焰描述函数的燃烧室热声不稳定数值预测方法可行性,测量了一燃气轮机典型旋流部分预混火焰不同运行参数下的火焰描述函数,并结合该实测火焰描述函数及热态阻尼率,采用亥姆霍兹法数值预测了燃烧室自激热声振荡参数。结果表明,该旋流部分预混火焰的火焰描述函数具有低通和带通增益峰,随激励振幅增加,增益不断降低;相位值与频率基本呈线性关系。当量比较低时,火焰描述函数主要呈现火焰拉伸效应引起的低通增益峰;随当量比增加,低通增益逐渐减弱,涡脱落效应引起的带通增益峰逐渐加强。随空气流量增加,火焰描述函数高增益频率带明显拓宽,而高增益对应的施特劳哈尔数St边界变化较小,增益峰均位于St=0.23和0.80附近。结合实测火焰描述函数、热态有火焰下阻尼率及温度分布,亥姆霍兹法数值预测的特征频率相对误差约10%,速度振幅比绝对误差在0.05以下。 展开更多
关键词 热声不稳定 火焰描述函数 旋流预混火焰 运行参数 亥姆霍兹法 数值预测
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基于动态增厚模型的甲烷/空气预混旋流燃烧回火大涡模拟 被引量:1
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作者 夏昊 王金华 +3 位作者 卫旭涛 韩旺 吴凤荣 黄佐华 《燃烧科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期667-672,共6页
基于动态增厚模型大涡模拟,耦合甲烷两步化学反应机理对甲烷预混火焰在德克萨斯大学旋流燃烧器中的回火过程进行模拟研究.分别采用绝热边界条件及考虑热损失边界条件对回火过程进行模拟,对比两种边界条件下的回火热释放及回火速度可以发... 基于动态增厚模型大涡模拟,耦合甲烷两步化学反应机理对甲烷预混火焰在德克萨斯大学旋流燃烧器中的回火过程进行模拟研究.分别采用绝热边界条件及考虑热损失边界条件对回火过程进行模拟,对比两种边界条件下的回火热释放及回火速度可以发现,考虑热损失后回火速度更接近实验值.回火过程中火焰面会形成火舌结构,火舌顺着预混段内流场方向作周向运动,同时沿着中心体壁面向上游传播.而当边界层回火占主导时,火舌顶端周向运动不明显. 展开更多
关键词 预混钝体旋流火焰 回火 动态增厚 大涡模拟
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环形燃烧室壁温对热声不稳定性影响的实验研究 被引量:1
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作者 方元祺 陶雯婕 +2 位作者 杨瑶 王高峰 郑耀 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期236-247,共12页
为了研究壁温效应对热声振荡的影响,基于环形燃烧室/涡轮耦合实验平台,在当量比Φ=0.82和燃烧功率P=15.5 kW的工况参数下开展了实验研究。相比于独立环形燃烧室实验,本文所引入的涡轮导叶出口组件,使得燃烧室跟发动机实际工况出口匹配... 为了研究壁温效应对热声振荡的影响,基于环形燃烧室/涡轮耦合实验平台,在当量比Φ=0.82和燃烧功率P=15.5 kW的工况参数下开展了实验研究。相比于独立环形燃烧室实验,本文所引入的涡轮导叶出口组件,使得燃烧室跟发动机实际工况出口匹配情况更接近,具有更一致的热声环境和热容效应。实验发现,在壁温升高过程中伴随着不同类型热声不稳定模式间的切换以及振荡频率、幅值等参数的演变。进一步选取了6个典型状态点,结合基于火焰图像序列的动态模态分解,对比光电倍增管信号和不同方位角的声压信号,分析了各个状态点的火焰动力学和声学响应特征。实验结果表明,在固定功率和当量比工况下,受燃烧室壁面热平衡状态的影响,热声不稳定模式先后经历了由亥姆霍兹模式、1/4波纵向模式、周向混合模式和旋转模式所主导的过程。在出现周向模式的初期,其表现为旋转率呈现肥尾近均匀分布的驻波-旋转混合模式,而后期演变为旋转率分布相对集中的逆时针方向旋转模式。 展开更多
关键词 环形燃烧室 热声不稳定性 壁温效应 预混旋流火焰 周向模式 动态模态分解
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反应机理对CFD计算燃气轮机高压燃烧NO排放的影响 被引量:3
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作者 席中亚 付忠广 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期360-365,共6页
基于GRI3.0、Skeletal mech、8-steps mech、GRI3.0_modify 4个反应机理,采用CFD方法计算了燃气轮机燃烧室甲烷贫预混旋流火焰的温度场、NO生成率分布、NO摩尔分数分布和出口NO体积分数,并对各反应机理出口NO体积分数的计算值与实验值... 基于GRI3.0、Skeletal mech、8-steps mech、GRI3.0_modify 4个反应机理,采用CFD方法计算了燃气轮机燃烧室甲烷贫预混旋流火焰的温度场、NO生成率分布、NO摩尔分数分布和出口NO体积分数,并对各反应机理出口NO体积分数的计算值与实验值进行比较。结果表明:4个反应机理的NO生成地点主要在火焰表面,NO来源主要为快速型、N2O型及NNH型;对于NO生成率及摩尔分数分布,GRI3.0与Skeletal mech结果一致,GRI3.0_modify明显高于GRI3.0和Skeletal mech,而8-steps mech明显低于其他反应机理;反应机理GRI3.0、Skeletal mech和GRI3.0_modify均对出口NO体积分数进行了准确预测,Skeletal mech在更少的计算时间内(GRI3.0的一半)再现了GRI3.0对NO排放的预测;相比原反应机理GRI3.0,GRI3.0_modify提高了NO排放的预测准确度,8-steps mech的计算值则与实验值偏差较大。 展开更多
关键词 燃气轮机 燃烧室 预混旋流火焰 反应机理 NO排放 数值计算
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