声衬对燃烧不稳定性的控制效果研究

【作者】 秦蕾； 王晓宇； 张光宇； 孙晓峰；

【机构】 北京航空航天大学航空发动机研究院气动与声学系； 北京航空航天大学能源与动力学院流体机械系；

【摘要】 随着环境对发动机低NOx排放要求的提高,贫油预混预蒸发燃烧室(lean-premixed prevaporized combustor,LPP)成为未来燃烧室的发展趋势。而这种燃烧室对燃烧不稳定极为敏感,在火焰的非线性效应占主导的燃烧系统中,容易受到高幅值的压力振荡给燃烧室带来的机械应力和热应力,在严重的情况下造成结构损坏,减少燃烧室的寿命。因此,有必要防止燃烧不稳定的发生或者至少抑制非线性极限环的有限振荡幅值。本文基于声网络方法和传递单元方法研究了声衬对由非线性火焰模型刻画的燃烧不稳定性的控制效果,其中传递单元方法用于描述声衬对燃烧系统稳定性的影响,并结合边界条件建立特征值问题。通过获得的特征频率判断燃烧系统的稳定性和非线性极限环的振荡幅值。研究发现,在声衬的有效控制范围内,燃烧不稳定的范围显著减小,非线性极限环的有限振荡幅值也被抑制。应用声衬后,当热源在0.85m-0.95m内移动时,燃烧系统不再受到速度幅值的影响始终是稳定的。这一现象与没有声衬时燃烧稳定性的规律完全不同。在探究了声衬的影响机制后发现,能量在声衬边界上的耗散是阻止热声不稳定的主要原因。更多还原