[發明專利]用于旋流燃燒熱聲振蕩特性研究的模塊化試驗裝置

在審

• 申請號: 201810582732.4
• 申請日: 2018-06-07
• 公開（公告）號: CN108414231A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 羅世彬
• 申請（專利權）人: 湖南云頂智能科技有限公司
• 主分類號: G01M15/14
• 分類號: G01M15/14;G01M10/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 黃志興;趙東方

本發明涉及航空發動機和燃氣輪機基礎燃燒試驗研究領域，公開了一種用于旋流燃燒熱聲振蕩特性研究的模塊化試驗裝置，自下而上分別由揚聲器段、空氣駐室段、旋流器段、開窗燃燒段、燃燒室延長段五部分構成?？諝饬鹘浛諝夤艿肋M入駐室后，通過揚聲器的激勵作用，并流經軸流式旋流器后可獲得需要的聲場環境和旋流流場環境。三路燃料供應管道可實現在不同位置的燃料噴注，獲得預混燃燒、擴散燃燒及其混合模式等旋流燃燒流場特征。本試驗裝置采用模塊化設計，主要功能部件可拆卸更換，試驗工況參數、聲場條件、噴注位置可靈活調節，可防止火焰回傳。矩形四面開窗燃燒室可與各種先進光學設備兼容，便于燃燒診斷數據的測量獲取。

技術領域

本發明涉及航空發動機和燃氣輪機基礎燃燒試驗研究領域，具體地涉及一種用于旋流燃燒熱聲振蕩特性研究的模塊化試驗裝置。

背景技術

目前全球范圍內正面臨著日益嚴重的環境惡化問題，世界各國對污染的源頭治理理念也已達成高度共識。而人類對化石能源的過度消費是造成當前環境污染的重要原因。當前能源利用領域擴散燃燒方式大量使用，是產生熱力型氮氧化物(NO_X)的主要根源之一。隨著燃氣輪機、航空發動機排放標準的日益嚴格，巨大市場需求推動著先進低排放燃燒組織技術的飛速發展。現在發展中的三大低污染燃燒技術包括貧油預混燃燒技術(LPM)、富燃快熄貧燃技術(RQL)、催化燃燒技術。后兩者中，RQL技術面臨著碳煙形成和混合性能上的難題，催化燃燒技術在成本、壽命、安全方面存在限制。貧油燃燒可以基于現有燃燒技術，不對現有燃燒系統結構進行大幅度改變的前提下進行性能提升改造，因此未來的燃燒系統設計中，貧油預混或貧油預混與擴散燃燒相結合，將更具備大范圍應用的潛力。

然而貧油預混燃燒也面臨著新的問題，仍需要在實驗室條件下對其中涉及的燃燒學基礎性問題進行大量的試驗研究。相比于傳統的擴散燃燒，貧油預混燃燒技術更易于控制火焰溫度，可避免局部高溫區域存在而導致熱力型NO_X的產生。但是由于潛在的火焰回傳、自點火等非定常現象存在，預混燃燒技術存在一定運行風險，特別是貧油燃燒易導致熱聲振蕩，穩定工作邊界窄。燃燒振蕩發生時，將出現特定頻率下的壓力大幅脈動，出現燃燒不穩定現象，會影響燃燒系統的正常工作，或誘發發動機喘振，嚴重時可引起傳熱惡化并導致結構破壞，限制了貧油燃燒技術的廣泛應用。燃燒振蕩是燃燒動力學研究的經典課題，其誘發機制復雜，并呈現出一定的非線性特征。基礎研究結果認為，“聲-渦-熱”之間的相互耦合機制是燃燒振蕩產生的根本原因。

在試驗室條件下對簡化燃燒室進行縮尺模擬是該領域中的常見研究手段。為了對其中蘊含的物理機制開展試驗研究和驗證，需要發展一種基礎性燃燒試驗平臺。由于航空發動機和燃氣輪機燃燒室結構設計中大量采用旋流方式穩定火焰、組織燃燒。其中涉及到大量的復雜流動結構，如渦脫落和破碎、進動渦核演化、湍流大尺度相干渦結構、液體燃料噴霧形成等，這些復雜流動與火焰之間的相互作用過程直接影響著燃燒室點火性能、燃燒效率、污染排放、動態特性等各方面工作性能。已有研究表明，燃燒室結構、燃料噴注混合方式、燃料預混程度、來流工況條件等都可能對旋流流場特征、火焰結構特征及其燃燒振蕩的發生過程產生影響。因此，為了研究多種參數對旋流燃燒過程的影響，需要一種可對結構參數、工況參數、聲場條件進行靈活調節和控制的試驗裝置作為研究平臺，并能夠兼容各種先進的流場光學診斷設備，以獲取燃燒過程的內部細節信息。