旋流型热声不稳定特性及其控制的试验研究

论文摘要

随着环保要求的提高,贫燃预混燃气轮机被广泛地应用于工业生产中,同时伴随的是热声振动的频繁出现,大振幅的热声振动会使燃气轮机的性能下降,并使NOx排放增加,甚至会造成燃气轮机结构上的损坏。本文对旋流型热声不稳定特性及其被动控制进行了试验研究。本文首先对热声现象及其理论进行了一定的阐述,同时回顾了热声振动控制的研究现状。并简要介绍了热声振动的控制机理,并通过一个简单的系统模型讲述了热声振动控制的方法。在借鉴前人研究的基础上,自行设计搭建了旋流型热声试验台架,包括旋流燃烧器,燃料控制系统,温度测量系统和压力测量系统。在此试验系统上进行了旋流燃烧器热声不稳定特性的试验研究。通过改变化学当量比和旋流强度,对热声振动的温度和压力进行了研究,得到了热声振动温度、压力以及频率随各个参数的变化趋势。试验的结果表明,化学当量比和旋流强度对旋流燃烧器的温度场和热声不稳定的强度影响较大,同时对第一阶频率有一定的影响,而对第二、三阶的频率影响不大。利用中心射流进行了热声振动被动控制的研究,研究发现中心射流可以明显影响旋流燃烧核心区的动力学特性。在中心射流的流量达到总风量的15%时,可以大幅降低热声振动的振幅。中心射流的速度是影响中心射流改变旋流核心区动力学特性的重要参数。同时我们进行了用直流风代替中心风对比试验研究,发现热声振动振幅的下降是中心射流的作用,而不是旋流强度下降的结果。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 热声现象及热声理论
• 1.1.1 热声现象的发现
• 1.1.2 热声理论
• 1.2 热声振动的控制机理
• 1.2.1 热声振动
• 1.2.2 热声振动控制模型
• 1.3 热声振动控制的研究
• 1.3.1 主动控制的研究
• 1.3.2 被动控制的研究
• 1.4 国内热声研究的现状
• 1.5 本文工作
• 第二章 旋流型热声不稳定研究试验台架
• 2.1 引言
• 2.2 旋流型热声试验台架
• 2.2.1 旋流燃烧器
• 2.2.2 燃料控制系统
• 2.2.3 压力测量系统
• 2.2.4 温度测量系统
• 2.3 本章小结
• 第三章 不同化学当量比下热声特性的试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验系统及试验工况
• 3.3 试验结果及分析
• 3.3.1 温度变化规律
• 3.3.2 压力变化规律
• 3.4 本章小结
• 第四章 不同旋流强度下热声特性的试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验台架及试验工况
• 4.3 试验结果及分析
• 4.3.1 温度变化规律
• 4.3.2 压力变化规律
• 4.4 本章小结
• 第五章 旋流型热声振动被动控制的试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验台架及试验工况
• 5.3 试验结果及分析
• 5.3.1 温度变化规律
• 5.3.2 压力变化规律
• 5.4 直流风对比试验
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结及工作展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 附录Ⅰ 表5-1及表5-3各工况压力波形及其频谱分析
• 攻读硕士期间发表的论文