脉动燃烧火焰温度时间序列的混沌分析与研究

论文摘要

本文从非线性动力学的角度出发,借助于混沌理论和方法来研究火焰声场响应动力学特性。以声场作用下的甲烷/空气层流火焰作为研究对象,搭建了里克型脉动燃烧实验台。采用双热电偶测温、动态温度补偿技术获得火焰温度时间序列。然后围绕脉动燃烧火焰温度时间序列进行了混沌检测和混沌特征量的提取。主要工作和成果如下：1、搭建了里克型脉动燃烧实验平台,主要包括里克型热声装置、热源调压系统、燃料输送控制系统、温度测量系统,以实现对脉动振幅和燃料化学当量比的控制和调节,以及火焰温度的测量。2、对热电偶测量火焰温度进行了误差分析,采用双热电偶测量火焰温度,并通过时间常数对测量数据进行了动态补偿。结果显示,双热电偶测量技术能及时准确地反映火焰在声场作用下的温度波动和响应,通过动态温度补偿能够准确地获得脉动火焰温度时间序列。3、运用最大Lyapunov指数法对脉动燃烧火焰温度时间序列的进行了混沌检测,并采用小数据量改进算法来具体实现检测。结果表明,脉动燃烧状态下,最大Lyapunov指数均大于零,说明脉动火焰温度时间序列是混沌的。4、围绕脉动火焰温度时间序列进行混沌分析,对不同工况下的温度时间序列进行了相空间重构,提取出相关混沌特征量(关联维数、最大Lyapunov指数),对脉动火焰温度混沌复杂度、混沌程度进行了估算。结果表明：1、随着脉动振幅增大,脉动火焰温度时间序列混沌强度增强。2、在同一工况下,火焰锋面区域温度时间序列混沌程度比火焰其他区域要高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.1.1 工程背景
• 1.1.2 学术意义
• 1.2 声与火焰的作用关系
• 1.2.1 火焰发声
• 1.2.2 火焰声场响应行为
• 1.2.3 热声振荡
• 1.3 混沌火焰
• 1.4 非线性动力学分析方法
• 1.4.1 混沌概述
• 1.4.2 时间序列混沌分析
• 1.5 本文的研究内容
• 1.5.1 研究内容
• 第2章 脉动燃烧试验台
• 2.1 概述
• 2.2 试验平台
• 2.2.1 里克型热声装置
• 2.2.2 热源与声压调节系统
• 2.2.3 燃料输送与控制系统
• 2.2.4 火焰温度测量与采集系统
• 2.3 本章小结
• 第3章 火焰动态温度测量与分析
• 3.1 概述
• 3.1.1 热电偶测温原理
• 3.1.2 热电偶测温误差分析
• 3.2 双偶探针动态温度补偿
• 3.2.1 时间常数
• 3.2.2 时间常数的计算
• 3.3 实验步骤及结果
• 3.3.1 步骤和方法
• 3.3.2 处理结果展示
• 3.4 脉动火焰温度时间序列的获得
• 3.4.1 试验工况与测温位置的选取
• 3.4.2 声场作用下的火焰温度时间序列
• 3.5 本章小结
• 第4章 脉动火焰温度时间序列的混沌检测
• 4.1 混沌检测概述
• 4.2 混沌时间序列的检测方法
• 4.2.1 混沌信号与随机信号的区别
• 4.2.2 时间序列的混沌判断方法
• 4.3 基于最大Lyapunov指数法的混沌检测
• 4.3.1 最大Lyapunov指数数值计算方法
• 4.3.2 小数据量法及其改进
• 4.3.3 实验数据处理与分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 脉动火焰温度特性混沌分析
• 5.1 时间序列的相空间重构
• 5.1.1 参数的确定
• 5.1.2 C-C重构法
• 5.1.3 脉动燃烧火焰温度时间序列的相空间重构
• 5.2 提取脉动火焰温度时间序列的关联维数
• 5.2.1 关联维数算法
• 5.2.2 仿真实验
• 5.3 提取脉动火焰温度时间序列的最大Lyapunov指数
• 5.3.1 混沌程度特征指数
• 5.3.2 脉动火焰温度混沌程度分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文结论
• 6.2 展望
• 附录A 双热电偶动态温度补偿计算程序
• 附录B 混沌分析相关程序
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果