基于模態(tài)分解的Rijke管內熱聲不穩(wěn)定特性的研究.pdf

1、在具有換熱裝置的設備內，由于不穩(wěn)定放熱與聲波的耦合作用會產生熱聲振蕩現象，引起熱能與聲能的相互轉換。熱聲振蕩現象對燃氣輪機等設備具有強烈的破壞性，而對重油燃燒過程起到提高燃燒效率，降低污染物排放的作用。在一個豎直管的下半部放置熱源（電加熱或者燃燒加熱的鐵絲網），管的兩端與大氣聯通，管內會激發(fā)出強烈的聲波振蕩，這就是Rijke管。Rijke管內存在強烈的熱聲不穩(wěn)定性，常被用來進行熱聲耦合機理、管內聲波的振動特性以及控制方法的研究。

2、　　在以往的研究中，都是通過單一位置處的聲壓值以及頻率值研究管內聲波的振動特性是不夠完整的，忽略了熱源的影響作用，不利于研究Rijke管內脈動壓強與熱源的耦合作用。本文通過搭建水平電加熱Rijke管實驗臺，對Rijke管內的壓力極限振蕩后產生的壓力場進行了空間與時間的解析，將傅里葉分解與本征正交分解的方法相結合，研究Rijke管內的聲波振動特性。本文主要工作和結論如下:
　　1.在傳統(tǒng)的傅里葉分解方法的基礎上，采集管內三個不同位置

3、處測量聲壓值，拓展出新的計算方法，根據不同特征頻率段的能量值和以及能量比值以此研究管內不同頻率的聲波振動特性。通過改變實驗工況，對比管內不同位置處的分析結果，得出管內同時存在兩個頻率的聲波振蕩，即基本模態(tài)聲波與第二模態(tài)聲波，并且不同實驗參數對不同頻率聲波振動強度產生不同的影響。管內不同位置采集不同頻率的聲壓值:管中央為僅能測量基本模態(tài)的聲波振蕩，而其他位置處同時測量了兩個模態(tài)的聲波振動。
　　2.同時采集管內15個不同位置處的聲壓

4、值，采用本征正交分解的方法研究管內不同波長聲波的振動特性。分解結果得到的空間分布函數，計算管內不同波長聲波的分解模態(tài)。隨著熱源位置的增加，由于波長為L的聲波占有的能量比值逐漸減小，其對應分解模態(tài)發(fā)生轉移。根據空間分布函數以及采集的聲壓值，計算處管內不同波長聲波的聲壓分布。
　　3.本征正交分解和傅里葉分解相結合，可以研究管內不同波長和不同頻率的聲波振蕩，研究管內各線性模態(tài)與非線性模態(tài)的物理機制以及占有的能量比值。對本征正交分解后的

5、模態(tài)系數an進行傅里葉分解、帶通濾波和傅里葉分解的逆運算，最終得到九個不同模態(tài)和頻率的壓強值(p)m，n。通過對比研究發(fā)現了管內存在三種振蕩現象，分別為類型Ⅰ波長為2L的聲波，在總的流動中占有的能量比值不低于85％，起主導作用;類型Ⅱ波長為L的聲波，經過本征正交分解后在前三個模態(tài)n=1，2，3內都有分布;類型Ⅲ“邊緣振蕩”，該振蕩是由波長2L聲波引起的，該振蕩在以往的研究中從未被發(fā)現。
　　4.在不同的熱源加熱功率和氣體流量下，對