低频声波激励下乙醇池火燃烧特性研究

为发展灭火技术,以乙醇为池火火源,采用20～80 Hz的声频率,研究了不同响应距离下的池火燃烧特性.模拟计算了声波诱导下池杯周围的流场特性;采用图像分析得到了火焰关键参数,分析了不同声波频率和响应距离下火焰形态动态特性、火焰特征参数及火焰吹熄的演变规律.结果表明:池杯周围的流场呈周期性变化,但时均速度不为0,池杯上方存...     

声激励下低旋流火焰动态响应特性研究

针对声激励下甲烷/空气预混低旋流火焰动态响应特性开展实验研究.声激励频率为55～295 Hz,相对幅值为0.1～0.3.采用光电倍增管记录火焰自发OH*荧光信号,采用双麦克风法测量入口气流速度脉动,采用高速相机捕获火焰结构动态响应过程.实验结果表明,小幅值激励下火焰时均结构变化不明显,大幅值低频激励下火焰长度明显增加,...     

燃料空气供给条件对热声不稳定燃烧影响的研究

对Solar低排放预混燃烧系统的燃烧稳定性进行了数值研究.应用非定常N-S方程、雷诺应力紊流模型及涡团耗散燃烧模型,数值模拟了该类型燃烧器在不同的燃料空气供给条件下的气流流动特性和压力振荡特性,并给出了不稳定发生时压力和速度振荡的幅值和频率.根据供给条件的不同,燃烧可以是稳定的或是不稳定的,取决于燃料到火焰前沿的迟滞时间.采用CFD方法,可精确地获得燃料到火焰前沿的迟滞时间,证实了所采用的模型能够精确预测不稳定燃烧的出现及振荡特性.通过调整燃料与空气的供给条件,可使振荡激励或阻尼.     

预混火焰传递函数的测量与分析

火焰传递函数是理解和控制振荡燃烧的理论基础.本文通过自发化学荧光法测量放热率,双传声器技术获得燃烧器出口的压力和速度脉动,研究了不同雷诺数、当量比和扰动频率下的预混火焰传递函数.结果显示,随着脉动幅值的增加,火焰传递函数将出现由线性到非线性的变化过程.当量比、雷诺数和扰动频率的改变,都会影响火焰传递函数的幅值和相位特性...     

甲烷旋流预混火焰动力学特性的实验研究

本文将气流扬声器作为激励源,研究旋流预混火焰在入口速度扰动下的火焰动力学响应特性,并通过测量不同扰动频率下的火焰放热率变化规律得到火焰传递函数。实验结果表明,随扰动频率的变化火焰结构会发生显著变化,火焰传递函数幅值随扰动频率的变化呈现单峰特性。当量比较小时,火焰传递函数的幅值可能大于1,火焰对速度扰动较敏感。利用n-τ模型对实验测量的火焰传递函数进行拟合,结果显示随当量比的增加,特征频率增加,且在特征频率两侧延迟时间不同。     

水下低频振荡涡流场声散射调制机理与特性研究

水下涡流场对声波的散射问题是声波在复杂流场中传播的基本问题,在水下目标探测和流场声成像领域具有重要意义.针对水下低频振荡涡流场声散射调制问题建立了理论分析模型与数值计算方法,探究了其声散射调制声场的产生机理与时空频特性.首先,基于运动介质的波动方程,通过引入势函数将波动方程分解为流声耦合项和非耦合项,并对流声耦合项进行频域分析处理,揭示了水下振荡涡流场的声散射调制机理;其次,采用间断伽辽金数值方法对水下低频振荡涡流场中声传播过程进行了数值模拟,分析了低马赫数条件下,不同入射声波频率、涡流场的振荡频率和涡核尺度对涡流场声散射调制声场时空频特性的影响规律,并结合理论分析模型对其特性进行了解释.研究表明:低马赫数下,振荡涡流场对声波的散射可产生包含涡流场振荡频率双边带调制谐波的散射调制声场,且随着入射声波频率、涡核尺度的增大,散射调制声场强度增强,总散射声场空间分布具有对称性和明显主瓣,且主瓣方位角趋近于入射波传播方向;在频率比远大于1条件下,涡流场振荡频率对散射调制声场强度影响较小.     

分级燃烧稳定性的数值计算

发展低NOx燃烧技术,一个主要方法是通过分级燃烧组合燃烧过程来满足工况下的低污染排放要求.实现该技术的一个关键技术是如何在运行中避免或控制非稳定振荡燃烧.通过对分级燃烧系统的非稳态数值模拟,可以看列燃烧系统动态特性不仅与每个进口的安排有关,也和频率密切相关.通过构建火焰传递函数,可以定量分析火焰动态变化的大小和它们之间的相位关系.这些结果可以帮助我们在设计和运行分级燃烧系统时,防止可能出现的振荡燃烧,实现燃烧系统在全工况下安全、高效运行.     

格子Boltzmann方法应用于气动声学研究

应用格子Boltzmann方法(LBM)对不同类型的气动声学问题进行数值研究.通过模拟一维平面声波和二维点源声波的传播,得到沿传播方向的声压脉动,其振荡幅值和衰减趋势与理论值相吻合.其次进行声波衍射和干涉现象的数值模拟.最后,模拟处于流场中运动声源辐射声场的多普勒效应.模拟结果说明LBM方法能较好地模拟低马赫数下的声学问题,包括声压脉动的传播,声波的波动特性以及流动与声波间的相互作用.     

入流激励下可压缩剪切层中Kelvin-Helmholtz涡的响应特性

通过直接数值求解Navier-Stokes方程,研究了入流激励下可压缩剪切层中Kelvin-Helmholtz(KH)涡结构的响应特性,结果清晰地展示了KH涡的独特演化方式.基于流动可视化数据,采用两点相关性分析获得了流场拟序结构的空间尺寸和结构角分布.通过分析不同激励频率下涡结构的动态特性,揭示了入流激励下可压缩剪切层中KH涡结构的独特演化机理.研究结果表明,低频入流激励(f=5 k Hz)下KH涡尺寸在远场区域达到饱和后呈现锁频状态,KH涡量厚度稳定在12-14 mm之间;与自由剪切层涡结构通过配对合并的方式实现生长的机理不同,低频入流激励下剪切层的发展是通过中间涡核顺时针吞噬KH不稳定波诱导的一串外围小涡结构来实现生长.此外,针对高频激励(f=20 k Hz)下的剪切层流动,研究了涡结构特性和入流激励参数之间的定量关系,发现均匀分布涡结构的尺寸近似等于对流速度与入流激励频率之比.     

自制鲁本斯火焰管在声学教学中的应用研究

为了直观地演示声波的有关实验现象, 实现声驻波的可视化, 制作了一个鲁本斯火焰管演示仪器用于 实验教学, 并就声压和频率对火焰高度和位置的影响进行了分析和研究, 实验发现火焰形状与声波波形相对应, 并 且呈现出高频动态变化的特征