Rijke型预混燃烧器热声不稳定特性的试验研究

论文摘要

随着环保要求的提高，预混贫燃燃气轮机被广泛应用于工业生产中，但热声不稳定这一现象在其工作过程中带来了一系列噪声和振动等不良影响。本文采用Rijke型热声管作为研究对象，通过数学理论和试验研究相结合的方法，对热声不稳定现象进行一系列的探索性研究。本文首先对热声现象的发现和热声理论的发展进行了一定阐述，并对线性热声理论和非线性热声理论进行了比较分析，为本文的试验研究奠定了理论基础。同时还介绍了热声效应在实际工程中的应用方向和研究进展，在借鉴前人经验的基础上，自行设计搭建了Rijke型预混燃烧器热声不稳定试验台架，包括燃料输入系统，燃烧室，温度测量系统和压力测量系统。压力信号的采集是本次试验的难点，本文自行开发了一套基于VEE的高速连续并行的实时数据采集程序，很好地保证了压力信号不失真。采用分离变量法对Rijke管热声振动频率进行了数学推导，通过忽略高阶微量，获得了线性化的热声振动频率的解析解。在内径为40 mm，管长1066 mm的圆管和管长1540 mm、边长82 mm的方管中进行热声试验获得热声振动的频率。试验结果证明，数学推导的解析解和试验值基本一致。在内径为40 mm，管长1066 mm，火焰位于四分之一管长处的Rijke型热声试验台架上进行试验。通过改变化学当量比和燃烧功率，对热声效应的压力场和温度场进行研究，并得到了热声不稳定强度、频率以及温度各个参量的变化趋势。试验结果表明，化学当量比和燃烧功率对热声不稳定强度和温度场的影响较大，对频率的影响较小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图目录
• 表目录
• 第一章 绪论
• 1.1 热声现象简介
• 1.1.1 热声现象的发现
• 1.1.2 热声理论的发展历史和研究现状
• 1.2 热声效应的实际应用
• 1.2.1 热声效应
• 1.2.2 热声热机
• 1.2.3 脉动燃烧技术
• 1.3 线性和非线性热声理论
• 1.3.1 线性热声理论
• 1.3.2 非线性热声理论
• 1.4 本课题研究意义和内容
• 1.4.1 热声现象研究意义
• 1.4.2 本文研究内容
• 第二章 Rijke管型热声不稳定研究试验台架
• 2.1 引言
• 2.2 Rijke管型热声试验台架
• 2.2.1 热声管
• 2.2.2 燃料输送系统
• 2.2.3 温度测量系统
• 2.2.4 压力测量系统
• 2.3 本章小结
• 第三章 热声振动频率的数学推导及试验验证
• 3.1 引言
• 3.2 管内声波传播特征频率推导
• 3.2.1 一维线性波动方程的推导
• 3.2.2 声波特征频率的理论推导
• 3.3 热声振动试验及结果分析
• 3.3.1 试验台架及控制测量系统
• 3.3.2 热声振动压力波形分析
• 3.3.3 解析解与试验结果对比
• 3.3.4 线性理论的不足
• 3.4 本章小结
• 第四章 Rijke型预混燃烧器热声不稳定的试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验台架
• 4.3 试验工况及结果分析
• 4.3.1 不同化学当量比的热声试验研究
• 4.3.2 化学当量比为1时的变功率热声试验研究
• 4.3.3 固定系列化学当量比下的变功率热声试验研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结与工作展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 本课题的创新点
• 5.3 工作展望
• 参考文献
• 附录1:表4-1各工况的压力波形图和频谱
• 附录2:表4-3各工况的压力波形图和频谱
• 附录3:表4-6各工况的压力波形图和频谱
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢