Helmholtz型無閥自激脈動燃燒器運行特性研究.pdf

1、脈動燃燒作為一種先進的燃燒方式具有燃燒效率高、低污染排放等優(yōu)點。然而脈動燃燒機理復雜，傳統(tǒng)的Helmholtz型機械閥或氣動閥脈動燃燒器由于受到其自吸供氣方式的限制，其熱負荷低、調(diào)節(jié)范圍窄，這也成為該設(shè)備大型化的主要瓶頸。本文提出了 Helmholtz型無閥自激脈動燃燒器的設(shè)計思想，采用連續(xù)強制供氣方式，直接利用燃燒器的聲學結(jié)構(gòu)產(chǎn)生脈動燃燒，具有自主調(diào)節(jié)平衡壓力，運行可靠性強，容積熱負荷高，負荷調(diào)節(jié)范圍寬，并可實現(xiàn)大功率化等優(yōu)點。本文以

2、 Helmholtz型無閥自激脈動燃燒器為研究對象，對燃燒器的頻率特性、壓力特性、傳熱特性、運行穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)方法進行了實驗研究和理論分析，得到如下研究結(jié)果：
　　(1)研制了 Helmholtz型無閥自激燃氣脈動燃燒器實驗系統(tǒng)，通過連續(xù)供氣、供燃料的方式，直接利用燃燒器的Helmholtz型共振聲學結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)脈動燃燒，可自主調(diào)節(jié)燃燒器的熱負荷。實驗運行結(jié)果表明本文設(shè)計的Helmholtz型無閥自激燃氣脈動燃燒器不僅能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的脈

3、動燃燒，且脈動的壓力幅度明顯高于相同條件下的傳統(tǒng)Helmholtz型脈動燃燒器。
　　(2)對上述 Helmholtz型無閥自激脈動燃燒器的頻率特性、壓力特性、傳熱特性進行了理論分析和實驗研究，得到了燃燒器幾何結(jié)構(gòu)、過量空氣系數(shù)、放熱量與頻率、壓力之間的關(guān)系，并通過實驗研究單尾管及多尾管條件下的燃燒器運行特性，驗證了理論分析的正確性；定量地比較了單尾管及多尾管條件下脈動流與相同雷諾數(shù)下穩(wěn)定流的傳熱系數(shù)，得到脈動流的傳熱系數(shù)是穩(wěn)定流

4、傳熱系數(shù)的2~5倍；通過實驗測量和計算，以及在實驗工況條件下對尾管內(nèi)脈動流動進行數(shù)值模擬，闡述了尾管內(nèi)脈動流動特性，解釋了脈動燃燒強化傳熱的原因。
　　(3)建立了 Helmholtz型無閥自激脈動燃燒器穩(wěn)定性數(shù)學模型。該模型考慮了反應物的供給方式、燃燒室內(nèi)的化學反應、燃燒室壁面輻射與對流傳熱損失以及尾管內(nèi)流體的密度變化對脈動燃燒穩(wěn)定運行的影響。在實驗條件范圍內(nèi)對實驗結(jié)果與理論計算結(jié)果進行比較，得到了 Helmholtz型無閥自激

5、脈動燃燒器能夠穩(wěn)定運行的條件。
　　(4)提出了在不改變?nèi)紵鹘Y(jié)構(gòu)的條件下調(diào)節(jié)脈動燃燒的方法。在脈動燃燒器尾部建立去耦室壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實驗研究了去耦室壓力變化對脈動燃燒器運行特性的影響，并根據(jù)聲學理論分析了各參數(shù)之間的關(guān)系，提出了能夠增強脈動燃燒強度及增強傳熱的方法。針對 Helmholtz型無閥自激脈動燃燒器運行過程中可能出現(xiàn)的頻率跳變現(xiàn)象進行了實驗研究，得到了脈動燃燒器的運行頻率隨熱負荷、當量比跳變的規(guī)律，并運用瑞利準則分析了