[發明專利]一種燃燒不穩定性電磁診斷與調控系統及方法

有效

• 申請號: 202110321441.1
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN112984550B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 翟明;郭利;楊迪;馬朝陽;董芃
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;F23N5/24
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 李長春

本發明公開了一種燃燒不穩定性電磁診斷與調控系統及方法，所述診斷與調控系統包括：供氣系統，脈動燃燒系統，高壓電源系統和測量系統。燃氣和空氣由供氣系統調節供給，在脈動燃燒器預混室中均勻混合，在燃燒室進口處由電火花點火器引燃，形成一種不穩定燃燒現象—脈動燃燒。燃燒室進出端口置有銅板環形電極并與高壓電源系統連接，通過調節高壓電源對脈動火焰施加不同電場作用。利用壓力傳感器，熱電偶及高速相機實時檢測脈動火焰狀態，并與微安電流表獲得的電流信號對比分析，實現脈動燃燒的電磁診斷。同時，外加電場的施加也可以有效調控脈動燃燒的頻率和振幅。本發明創新性地提出了一種靈敏度高，響應快的新型燃燒不穩定性電磁診斷與調控方法。

技術領域

本發明涉及一種燃燒不穩定性電磁診斷與調控系統及方法，屬于燃燒不穩定性診斷與調控領域。

背景技術

燃燒不穩定性問題是由于燃燒產生的非定常熱釋放和聲波相互耦合放大而導致的一種不穩定現象，常常發生于航空發動機燃燒室以及加力燃燒室，火箭發動機推力室，以及沖壓發動機燃燒室當中。燃燒中不穩定性會產生一系列有害影響，如噪聲、結構振動、機械部件疲勞、熄火、受熱面燒損等，是火箭和飛行器發動機、工業設備工作中的致命故障。

目前，國內外解決燃燒室中燃燒不穩定現象的主要方法是通過對燃燒室的結構參數進行調整，或者在燃燒室內增加相應的燃燒不穩定性抑制結構，如布置聲腔，隔板等。這些方法多屬于被動控制方法，是從根本上控制燃燒不穩定現象的方法，但它通常只對特定設備有效，且調節范圍有限，面對實際運行過程中復雜、寬廣的燃燒工況，主動適應能力十分有限。同時，這些方法多是通過改變傳統的流動，燃料擴散過程來影響燃燒不穩定現象，調控的響應速度有限。然而，不穩定燃燒具有高度敏感性，很容易受到干擾而發生改變，導致在實際運行中，傳統的被動控制方案很難實時針對不斷變化的燃燒不穩定現象施加及時、充分、有效的控制。

同時，上述傳統的調控思路多是基于燃燒火焰是一種的發光發熱的化學反應過程而開展的。近年來，越來越多的學者開始關注到火焰的弱等離子體特性，并對火焰的基礎電學特性開展了大量的研究，明確了火焰中存在大約10⁹-10¹²?個/cm³的帶電粒子。如果對火焰施加一定的電場作用，會對火焰中帶電粒子形成電場力作用，進而影響火焰的燃燒狀態。由于施加電場的調節可以非常快速且多樣化，能非常靈活且迅速的對多變的燃燒不穩定現象進行針對性的有效調節，因此，利用外加電場方法引入新的物理作用過程來診斷和調控燃燒不穩定現象，具有十分可觀的應用前景。本發明一種燃燒不穩定性電磁診斷與調控系統及方法正是基于上述研究現狀和背景提出來的。

發明內容

本發明針對上述描述的燃燒不穩定現象，為實現燃燒不穩定性的有效調控，彌補現有調控技術的不足，基于火焰弱等離子體特性，提供了一種新型燃燒不穩定性電磁診斷與調控系統及方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種燃燒不穩定性電磁診斷與調控系統及方法，包括供氣系統，脈動燃燒系統，高壓電源系統以及測量系統：供氣系統由左右高壓燃氣氣瓶，燃氣調節閥，燃氣流量計和高壓空氣氣瓶，空氣調節閥，空氣流量計組成；脈動燃燒系統由脈動燃燒器，電火花點火器和點火控制器組成。其中，脈動燃燒器為石英玻璃制，分為預混室，燃燒室和尾管三部分。高壓電源系統由環形銅板電極，微安電流表，保護電阻，示波器及高壓電源組成；測量系統由高速相機，K型熱電偶，高精度壓力傳感器，虛擬信號轉換器和計算機組成。整套系統中，左右高壓燃氣氣瓶通過布置有調節閥和流量計的供氣管路與脈動燃燒器預混室側壁面相連，高壓空氣氣瓶則與脈動燃燒器預混室端面相連。脈動燃燒器分為預混室，燃燒室和尾管三部分。電火花點火器置于燃燒室進口處，并與點火控制器相連。環形銅板電極置于燃燒室進出口兩端，并與微安電流表，保護電阻和高壓電源串聯形成回路，示波器與高壓電源并聯。K型熱電偶置于尾管出口處，高精度壓力傳感器置于預混室靠近燃燒室一側，兩種測量設備與微安電流表都與虛擬信號轉換器相連，虛擬信號轉換器進一步接入計算機。高速相機單獨聚焦于脈動燃燒器燃燒室，拍攝頻率為1000fps以上。