Helmholtz型脉动燃烧器热声耦合特性数值模拟

发布时间：2020-11-05 17:49

　　 作为一项燃烧效率和传热系数较高、燃烧强度较强、污染物排放量较小,并且机构简单的燃烧方式,脉动燃烧在当今能源形式下具有很好的发展空间。脉动燃烧器具有诸多优点的原因就在于其内部的燃烧为振荡燃烧。产生振荡燃烧的直接诱因就是热与声的共同作用即热声耦合。在热声耦合的作用下,脉动燃烧器燃烧室内的运行参数会发生周期性变化。本文针对燃烧过程中出现的振荡现象,结合燃烧理论和声学理论,对二维脉动燃烧器采用燃烧模型和声学模型进行模拟仿真,得到脉动燃烧器的热声耦合特性,确定不同结构和工况对热声耦合特性的影响。由瑞利准则和涡声理论表明,通过分析涡量和反应放热率的分布情况可以确定燃烧器内部的位置耦合情况,通过分析压力与反应放热率随时间的变化可以确定热与声在时域上的耦合情况。对比分析发现,当喷口数从单组变为双组,运行参数的表征为压强振幅大幅度降低,主峰降低很多,回流强度降低。这是由于二者之间结构的不同导致耦合情况的不同。由于在稀薄时刻提供热量或在冷凝时提取热量会抑制振动,因此表明喷口数的增加使得在燃烧时刻的热量不间断,回流时刻的热量更稀薄。当其他结构改变时同样会带来热声耦合的变化,燃烧室内径的增加影响了膨胀与压缩的最大程度,尾管的长度影响了振荡的频率。结构上的变化导致了热与声之间的相位或幅度发生变化,带来不同的影响。不同工况对热声耦合的影响同样不同。随着功率的增大,频率升高,峰值先升高后降低,回流的强度也是先升高后降低;随着当量比的升高,主频基本不变,主峰先增大在减小,压强的振幅先突增后逐渐降低;随着配比的升高,主频基本不变,主峰先减小后快速升高。这些物理特征的变化揭示了热声耦合的情况受到环境工况的制约。综上所述,通过合理的脉动燃烧器结构设计和工况运行规律可以实现对脉动燃烧热声耦合情况的调整,进一步达到燃烧效率更高,使用寿命更长甚至实现降低噪声,改善运行环境的目的。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK16
【部分图文】：

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第 1 章绪论的背景和意义经济社会的发展和人口的不断增加，人类每天消耗着大量能度多样化的废物。能源需求不断增加的同时对环境的威胁日 中可以看出燃烧是能量生产中最重要的热转换过程，提供了0%以上，其中大约 79%的燃烧用料为化石能源[2]。因此需要烧技术。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文耗费大量时间进行实验。然而，脉动燃烧的模拟并非易事，因为复杂的多参数过程。除了模拟研究之外，脉动燃烧在实验方面对动模式，声学特性和排放等方面也得到了广泛的关注。对于脉动状做如下介绍。 数学分析模型脉动燃烧的早期阶段一维分析模型由于相对的灵活和简单被认为模的主流。其中三种最具代表性的数学模型 AKT，BDB 和 RMS地捕捉脉动燃烧的主要现象。对于前两种模型以 AKT 为例进行介hrens 等人开发的 AKT 模型[15]是脉动燃烧模拟最成功的模型之一通常在 AKT 型模型中考虑的物理和几何参数[16]。

图 2-1 亥姆霍兹型脉动燃烧器整体图动燃烧器与传统脉动燃烧器的不同在、燃烧室以及尾管，其中预混室的长个部分连接起来，自激型脉动燃烧器式不同，可以通过调节进气状态实现喷口，共有两组。每组由两个丙烷进气口的直径为 1mm，空气进气口的直进气口与丙烷进气口相垂直。通过垂分，有利于燃烧反应。成功有很大影响。由于散热量大，燃近喷射气体入口处安装点火装置，则免上述两种现象，点火选在预混室的良好时，如果燃气和空气的比例适宜
【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 谢法;张珊珊;蒋洪德;;入口流动参数脉动对燃气轮机燃烧室燃烧不稳定的影响[J];航空动力学报;2015年07期

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1 徐艳英;弯尾管Helmholtz型无阀自激脉动燃烧器热工特性的研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

2 翟明;Helmholtz型无阀自激脉动燃烧器运行特性研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

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1 徐尧;调谐被动控制脉动燃烧特性实验及数值模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 王朝晖;预混燃烧稳定性的数值研究[D];沈阳航空工业学院;2010年

3 李志勇;热声耦合振荡与控制[D];河北工业大学;2007年

本文编号：2871981