在一个双稳湍流涡旋火焰中，对间歇性动态的时间-频率定位

2023/04/10   下载量： 0 次

方案摘要

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应用领域 能源/新能源
检测样本 氢燃料电池
检测项目
参考标准 无

本研究考察了一个双稳湍流旋转火焰中的复杂流场，其中火焰不规则地在离开的M形和附着的V形之间交替。流场由于火焰形状转换在不同的时间尺度上出现各种类型的间歇性动力学。为了正确识别、分离和时间上解析这些动态组分，通过将多维数据序列的最大重叠离散小波包变换（MODWPT）与常规瞬态POD相结合，开发了一种新的多分辨率proper orthogonal decomposition（MRPOD）方法。特别注意选择小波滤波器、分解水平和重构带宽以实现可变的频谱通带和足够的时间分辨率。当应用于双稳旋流火焰中高速三分量速度场测量的数据序列时，MRPOD能够隔离通常被合并为单个POD模式的频率组分，对于即使是弱的和高度间歇性的动力学，增强了空间/时间的一致性。由于改进的频谱纯度，一系列先前未知的动态被揭示出来，其中包括预旋涡核（PVC）和热声（TA）不稳定性等已被描述的不稳定性。特别是，在火焰形状转换期间，发现非周期切换模式只与先前确定的转移模式相耦合，在倒流和燃烧器进口附近产生显著的修改，这是一个已知会影响PVC增长率的区域。在M-V转换期间，TA振荡驱动反复的火焰再附着，最终稳定为V火焰。但是，持续高的TA振幅似乎并不一定预示着这种转换的开始。发现了PVC的更高阶谐波以及TA调制PVC动力学的证据，它们也表现出双峰行为：虽然保持其特征频率，但这些不稳定性在V-或M火焰期间才能发挥作用，且只能具有单螺旋或双螺旋结构。

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配置单
方案详情

现代燃气轮机燃烧室内的湍流流动通常因为流体动力学和声学不稳定性以及火焰抬起、回流和双稳定性等非周期性动力学而表现出周期性振荡。此外，在完全发展的燃烧不稳定性之前，可能还会出现随机燃烧噪声和间歇性高幅度振荡爆发。这些现象可能同时出现在广泛的时间尺度上，并且也可能相互作用。由于火焰释放的热量变化会妨碍燃烧室的稳定、低排放运行，因此这些不稳定性的机理和控制在过去几十年中得到了密集的研究。具体来说，在旋流稳定的燃烧器中经常遇到的双稳态现象近年来受到了关注，火焰不规则地交替出现抬起的M形和附着的圆锥形V形。火焰形态的转变通常在几十毫秒内发生，并可能导致局部温度的急剧波动，从而导致不良情况，如热声脉动的突然增加或燃烧室的热应力。因此，深入理解这种双稳态现象对改进燃烧室设计至关重要。 为此，在一个基于工业设计的大气旋流稳定燃气轮机模型燃烧室中，建立了一个双稳态案例，该燃烧室已经得到了广泛的研究。该案例采用了高速光学诊断技术，包括同时粒子图像测速仪（PIV）和平面激光诱导荧光（OH PLIF）（Oberleithner等人，2015; Stöhr等人，2018）以及同时使用热测荧光粉的OH PLIF和表面测温法（Yin，Nau和Meier，2017）

文献贡献者

北京欧兰科技发展有限公司
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