中心分級旋流火焰中熱聲不穩(wěn)定分岔現(xiàn)象研究

王欣堯，韓 嘯，林宇震，張 弛，宋知人

(1.北京航空航天大學能源與動力工程學院，北京 100191；2.北京航空航天大學航空發(fā)動機研究院，北京 100191；3.康涅狄格大學機械工程系，康涅狄格州 06269，美國)

本研究主要目的在于對采用中心分級結(jié)構(gòu)的貧油預混(lean-premixed)燃燒室中的熱聲不穩(wěn)定現(xiàn)象和機理建立更深入的理解.貧油預混燃燒室通常用于燃氣輪機中，主要優(yōu)勢在于能夠降低排放物生成.然而，該類燃燒室經(jīng)常會面臨熱聲不穩(wěn)定的問題，主要是由于釋熱脈動和壓力脈動的耦合導致[1-2].中心分級結(jié)構(gòu)是貧油預混燃燒室設(shè)計中經(jīng)常采用的一種措施，采用該結(jié)構(gòu)設(shè)計的燃燒器分為主燃級和預燃級，從而形成分級火焰[3].主、預燃級通常通過臺階結(jié)構(gòu)分隔開來，這種結(jié)構(gòu)在實際中發(fā)現(xiàn)對于降低NOx排放非常重要[4].本研究中，由此形成的火焰稱為中心分級旋流火焰.由于中心分級旋流火焰的熱聲不穩(wěn)定特性和火焰動力學特性對于燃燒器結(jié)構(gòu)的依賴性很大，因此仍需要進一步針對其進行研究[5-6].

目前國際中針對熱聲不穩(wěn)定的分岔現(xiàn)象在不同的燃燒器上均進行了研究[6-9]，近幾年也發(fā)表了相關(guān)的綜述性研究[10].已有的關(guān)于分岔現(xiàn)象的研究包含了火焰動力學[6-7]、間歇現(xiàn)象[8]、模態(tài)轉(zhuǎn)換等[9]多方面的研究.在某些情況下，熱聲系統(tǒng)隨著工況參數(shù)的變化，會經(jīng)歷兩次分岔現(xiàn)象，由此會導致兩種穩(wěn)定區(qū)間[8]或者不穩(wěn)定區(qū)間[9]的共存.Unni 等[8]研究了第1次分岔前和第2 次分岔后發(fā)生的間歇振……