《燃燒系統中拍振產生機理及其抑制方法研究》是依託清華大學，由朱民擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：燃燒系統中拍振產生機理及其抑制方法研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：朱民
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
燃燒系統中的拍振是一類由非線性熱聲耦合導致的燃燒振盪現象，其區別於一般諧波振盪的特點在於：振盪幅值會自發的、有規律的周期性變化。這類現象的發生可能與流動導致的聲學邊界特性改變、火焰與穩焰結構之間的非穩態傳熱過程、由流動或擴散過程引起的火焰自身脈動等過程有關，但目前對此還缺乏相關實驗研究與理論分析，對這些過程在熱聲系統中的作用機理也不明確。本項目將從熱聲耦合系統和火焰動力學兩個層面，研究上述過程與壓力脈動、放熱率脈動的耦合機制，建立可預測拍振的非線性動力學模型，並據此分析目前困擾研究者的燃燒振盪亞臨界不穩定現象；同時進一步發展燃燒振盪控制理論以抑制拍振現象。研究結果不僅有助於拓展對於燃燒振盪現象中非線性現象的認識，也將有助於在工業套用中拓寬穩定燃燒工況邊界，實現對燃燒振盪現象的有效預警和控制，為發展套用於大型動力與推進系統中的清潔高效安全的燃燒技術提供條件。
結題摘要
燃燒振盪是發展乾式低污染燃氣輪機燃燒室難以迴避的問題之一。燃燒振盪過程中會形成劇烈的壓力脈動和火焰不穩定現象，嚴重危害燃氣輪機的安全穩定運行。這種振盪現象是熱聲耦合導致的燃燒系統固有的不穩定性，也稱為熱聲不穩定。本文針對一類特殊的熱聲不穩定現象——拍振開展實驗研究與理論分析，並對燃燒系統中的拍振進行主動控制研究。本項目系統地對黎開管燃燒器和工業模型燃燒室開展實驗研究與理論分析。通過拍振條件下的火焰動力學分析，認為低頻的火焰脈動過程是導致拍振的幅值調製現象的主要原因，而這種低頻火焰脈動與層流火焰固有的擴散-熱不穩定性有關。考慮不同時間尺度上的火焰動力學特性，建立了能夠預測拍振的熱聲耦合模型，利用此模型可以對拍振現象的發生規律與時變特性進行預測與分析。通過黎開管燃燒器主動控制的數值仿真與實驗研究，比較了不同控制算法的控制效果。旋流預混燃燒室中的實驗研究表明，湍流條件下的拍振現象其基本特徵與層流燃燒器中類似，但是其拍振特徵隨工況條件的變化較明顯。針對旋流預混燃燒室中的主動控制，提出了一種通過實驗測量建立熱聲耦合系統的非線性模型的方法，並對旋流預混燃燒室中燃燒振盪的主動控制進行了實驗研究。
