大涡模拟结合系统辨识的部分预混火焰动力学研究

发布时间：2021-11-17 19:19

　　随着燃气轮机的广泛应用,为了应对日益严苛的排放法规,贫预混燃烧技术被越来越多的采用,其优点是可以减少燃气轮机的排放。然而该技术的缺点是会增加燃气轮机中发生热声诱导燃烧不稳定的风险。热声诱导燃烧不稳定是由系统声学和非稳态热释放的耦合引起的共振现象,其可能会造成燃烧室零部件的损坏,限制燃机稳定运行范围。因此研究燃烧不稳定就显得尤为重要,而其关键则是对火焰动力学的分析。本研究重点关注了部分预混火焰对上游速度扰动的响应,对部分预混火焰在模型燃烧室（无中心体及旋流器）以及某型旋流燃烧室内的动力学特性展开了研究,研究内容及结论的概述如下:本文采用不可压缩反应流的大涡模拟（LES）结合系统辨识（SI）的方法,以Cuquel等提出的较为完善的理论火焰响应模型作为验证基础,在模型燃烧室（无中心体及旋流器）中,首先分析了正弦波叠加信号（SINE）、带宽白噪声信号（BBWN）以及离散随机二进制信号（DRBS）等三种不同带宽激励信号对于辨识结果的影响,DRBS被证明是三种激励信号中相对更好的辨识信号。之后,对激励信号的振幅进行了选择,结果显示,5%的平均入口速度的激励水平与理论模型结果吻合较好。然后,针对不同... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明表
第1章 引言
    1.1 背景及意义
    1.2 热声不稳定定义及发展趋势
        1.2.1 热声不稳定定义
        1.2.2 热声不稳定研究进展
    1.3 火焰传递函数
    1.4 本文研究目标及内容
第2章 数值计算的物理模型
    2.1 湍流模型
        2.1.1 湍流
        2.1.2 湍流建模
        2.1.3 LES的子网格建模
        2.1.4 湍流预混燃烧
    2.2 声学扰动相关的火焰传递函数建模
        2.2.1 流动扰动
        2.2.2 火焰反馈
        2.2.3 放热以及限制影响
        2.2.4 拉伸效应建模
        2.2.5 时域表示
        2.2.6 Cuquel不可压缩对流速度模型
    2.3 激励信号
        2.3.1 离散随机二进制信号(DRBS)
        2.3.2 带宽白噪声信号(BBWN)
        2.3.3 正弦信号叠加(SINE)
    2.4 系统辨识
        2.4.1 Wiener滤波
        2.4.2 LES/SI方法
第3章 部分预混火焰动力学分析
    3.1 数值验证
        3.1.1 激励信号类型验证
        3.1.2 激励振幅验证
    3.2 无旋射流火焰动力学分析
        3.2.1 模型及边界条件
        3.2.2 不同入口速度的影响
        3.2.3 不同入口温度的影响
        3.2.4 本节小结
    3.3 某型燃烧室部分预混旋流火焰的辨识分析
        3.3.1 模型及边界条件
        3.3.2 入口速度的影响
        3.3.3 燃烧室热边界条件的影响
        3.3.4 入口压力的影响
        3.3.5 入口温度的影响
        3.3.6 燃料种类的影响
        3.3.7 燃料组成的影响
        3.3.8 燃烧室限制的影响
    3.4 本章小结
第4章 基于状态空间网络建模的稳定性分析
    4.1 线性—维声学方程
    4.2 状态空间建模
        4.2.1 脉动方程在线性场的推广
        4.2.2 LES数据上的应用
        4.2.3 稳定性分析结果
        4.2.4 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 主要结论
    5.2 主要创新点
    5.3 展望
参考文献
致谢
作者简介及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]部分预混旋流燃烧的大涡模拟[J]. 刘石,李少帅,郑韫哲,朱民.  热科学与技术. 2016(02)
[2]甲烷旋流预混火焰动力学特性的实验研究[J]. 刘石,翁方龙,张晓宇,朱民.  工程热物理学报. 2016(01)
[3]分布式非预混火焰传递函数的实验研究[J]. 景李玥,姚兆普,王辽,朱民.  推进技术. 2015(01)
[4]钝体燃烧器中心射流火焰不稳性机理实验研究[J]. 唐豪杰,郑韫哲,张彤枫,朱民.  推进技术. 2013(05)
[5]预混火焰传递函数的测量与分析[J]. 唐豪杰,高原,朱民.  工程热物理学报. 2011(01)



本文编号：3501515