预混燃烧过程热声不稳定性研究

摘要

贫燃预混燃烧、空气分级燃烧等低Nox的燃烧技术可以有效的减少燃烧过程中的Nox排放，但因其燃烧过程都是在偏离化学恰当比情况下进行，将导致火焰热声不稳定。本文针对预混燃烧过程中火焰的热声稳定性进行了实验研究。 本文首先测定了液化石油气预混燃烧的贫燃熄火极限和贫氧熄火极限，并利用高速摄像仪对火焰结构进行测量、分析，发现随着当量比的增大涡脱落的频率逐渐减小。 其次，利用fluent软件对预混室内相同当量比、不同进气方式下的冷态流场进行了数值模拟，发现进气方式在一定程度上可以抑制预混室内的压力脉动。 然后，本文使用噪声测试仪对预混室和燃烧室内的冷态、热态流场进行了声频分析，发现在贫氧和贫燃的情况下都有可能发生热声不稳定现象，在贫氧的情况下，随着当量比的升高，压力振荡逐渐转入低频振荡，而振幅有显著增强；在贫燃的情况下，随着当量比的降低，压力振荡趋于强烈，而振幅也有显著增大。通过调制预混室内的流场结构，可以控制火焰内部及火焰表面的涡团脱落过程，是拓宽熄火极限、抑制热声耦合振荡的有效途径。 本文的研究结果为预混燃烧过程热声耦合振荡控制策略的制定提供了实验基础数据。