一种用于研究施加横向声场时火焰动态响应的试验装置

本发明属于声学和燃烧学，更具体的说是涉及一种用于研究施加横向声场时火焰动态响应的试验装置。

背景技术：

1、经济发展离不开动力装置的支持，然而，发动机领域仍然面临着一系列的挑战，如污染物排放及燃烧不稳定等问题。氢燃料在航空发动机、空天推进系统和燃气轮机等领域的应用可以实现零碳排放，对于缓解全球气候变化和保护环境具有重要意义。很多的机构与部门便围绕氢燃料提出了一系列的发展计划。氢燃料无疑在未来能源中具有很大的发展潜力，但是与此同时，热声燃烧不稳定问题成为了限制其发展的阻力。

2、研究者发现，氢气燃料燃烧发声热声振荡的倾向要远大于传统的碳氢燃料，高强度的震动可能使材料发声疲劳失效，从而严重损坏燃烧室。热声不稳定性问题涉及声波和火焰的相互作用和复杂耦合，在实际的燃烧室内，火焰燃烧产生声压振荡，经过反射声波能量会重新作用于火焰上，进而对燃烧稳定性产生影响，横向声激励可以带来垂直于湍流的巨大力，它已被归类为液体火箭和燃气轮机中的有害不稳定性之一，火焰动态性主要受火焰形状和火焰位置的影响，燃料组分或者当量比发声变化的时候，火焰形状和火焰位置均会发声变化，放热率的振荡与火焰表面的振荡密切相关。在实际发动机燃烧室中，自激振荡产生的声场复杂多变，并且不易测量，因此，采用解耦的思路，在开放空间内施加横向强制声场研究多变量的声场参数对氢气火焰的影响，为改善燃烧稳定性提供理论基础。

3、目前，现有的试验装置多采用纵向施加声场的方式研究声波对火焰的影响，且很多采用预混当量燃烧的方式进行燃烧试验，而氢气燃烧考虑到nox排放的问题，多使用稀薄燃烧，因此需要一种能够提供稀薄燃气和横向声场的试验装置。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种用于研究施加横向声场时火焰动态响应的试验装置，具有装置结构紧凑，能够研究不同的声波频率、振幅、相位下的火焰形状、面积、亮度以及火焰曲率响应状况，为揭示声场下的火焰响应机制以及改善燃烧稳定性提供理论基础的优点。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种用于研究施加横向声场时火焰动态响应的试验装置，包括：信号发生器，发声装置，工作台，燃烧器和实时监测装置；所述信号发生器连接设置在工作台上并分别与两个所述发声装置电连接，两个所述发声装置相对设置并连接设置在所述工作台上，两个所述发声装置之间对应设置有所述燃烧器，所述燃烧器连接设置在所述工作台上，所述燃烧器的火焰中心轴线与两个所述发声装置设置在同一个水平上，所述实时监测装置设置在所述燃烧器附近并连接设置在所述工作台上。

4、进一步地，所述发声装置采用扬声器，两个所述扬声器的输出端相对设置在所述燃烧器的正对两侧。

5、进一步地，所述信号发生器与两个所述发声装置之间连接设置有功率放大器。

6、进一步地，所述发声装置与所述燃烧器之间设置有渐缩管和直管，所述发声装置、所述渐缩管和所述直管依次连接。

7、进一步地，所述发声装置与所述渐缩管之间通过法兰盘连接。

8、进一步地，所述直管的直径d与所述发声装置的声波波长λ之间的关系满足d/λ<0.5。

9、进一步地，两个所述发声装置的输出声场为驻波。

10、进一步地，还包括h2气瓶、n2气瓶和ai r气瓶，所述h2气瓶和所述n2气瓶的输出管路合到一起预混后为所述燃烧器提供燃料，所述ai r气瓶为燃烧器提供伴流气体。

11、进一步地，所述h2气瓶、所述n2气瓶和所述ai r气瓶的输出管路上分别设置有第一流量计、第二流量计和第三流量计。

12、进一步地，所述实时监测装置采用高速相机。

13、本发明的有益效果：

14、装置结构紧凑，能够研究不同的声波频率、振幅、相位下的火焰形状、面积、亮度以及火焰曲率响应状况，为揭示声场下的火焰响应机制以及改善燃烧稳定性提供理论基础。

技术特征：

1.一种用于研究施加横向声场时火焰动态响应的试验装置，其特征在于，包括：信号发生器，发声装置，工作台，燃烧器和实时监测装置；

2.根据权利要求1所述的一种用于研究施加横向声场时火焰动态响应的试验装置，其特征在于，所述发声装置采用扬声器，两个所述扬声器的输出端相对设置在所述燃烧器的正对两侧。

3.根据权利要求1所述的一种用于研究施加横向声场时火焰动态响应的试验装置，其特征在于，所述信号发生器与两个所述发声装置之间连接设置有功率放大器。

4.根据权利要求1所述的一种用于研究施加横向声场时火焰动态响应的试验装置，其特征在于，所述发声装置与所述燃烧器之间设置有渐缩管和直管，所述发声装置、所述渐缩管和所述直管依次连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于研究施加横向声场时火焰动态响应的试验装置，其特征在于，所述发声装置与所述渐缩管之间通过法兰盘连接。

6.根据权利要求4所述的一种用于研究施加横向声场时火焰动态响应的试验装置，其特征在于，所述直管的直径d与所述发声装置的声波波长λ之间的关系满足d/λ<0.5。

7.根据权利要求1所述的一种用于研究施加横向声场时火焰动态响应的试验装置，其特征在于，两个所述发声装置的输出声场为驻波。

8.根据权利要求1所述的一种用于研究施加横向声场时火焰动态响应的试验装置，其特征在于，还包括h2气瓶、n2气瓶和air气瓶，所述h2气瓶和所述n2气瓶的输出管路合到一起预混后为所述燃烧器提供燃料，所述air气瓶为燃烧器提供伴流气体。

9.根据权利要求8所述的一种用于研究施加横向声场时火焰动态响应的试验装置，其特征在于，所述h2气瓶、所述n2气瓶和所述air气瓶的输出管路上分别设置有第一流量计、第二流量计和第三流量计。

10.根据权利要求1所述的一种用于研究施加横向声场时火焰动态响应的试验装置，其特征在于，所述实时监测装置采用高速相机。

技术总结
本发明公开了一种用于研究施加横向声场时火焰动态响应的试验装置，属于声学和燃烧学技术领域，包括：信号发生器，发声装置，工作台，燃烧器和实时监测装置；信号发生器连接设置在工作台上并分别与两个发声装置电连接，两个发声装置相对设置并连接设置在工作台上，两个发声装置之间对应设置有燃烧器，燃烧器连接设置在工作台上，燃烧器的火焰中心轴线与两个发声装置设置在同一个水平上，实时监测装置设置在燃烧器附近并连接设置在工作台上，本发明具有装置结构紧凑，能够研究不同的声波频率、振幅、相位下的火焰形状、面积、亮度以及火焰曲率响应状况，为揭示声场下的火焰响应机制以及改善燃烧稳定性提供理论基础的优点。

技术研发人员：娄悦,黎一锴,杨子明,夏迎秋
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7