非对称性对环形燃烧室与集气室热声耦合影响的研究

环形燃烧室中的热声振荡问题由于周向模态的存在而更为复杂。实验或大涡模拟等研究方法需要较多资源。而利用声学方程建立热声网络模型可以揭示环形燃烧室中的热声耦合机理,预测热声不稳定模态。本文通过建立统一的热声网络模型,研究包含环形燃烧室,燃烧喷嘴和环形集气室整体结构的热声模态。理想情况下,整体燃烧室结构具有旋转对称性(rotating symmetry),在实际的环形燃烧室中,每个喷嘴参数很难保证完全相同,环形燃烧室中也极可能出现周向的平均流动,此时旋转对称性将被打破(symmetry breaking)。打破对称性的因素可以包括几何因素和流动因素两类。几何因素包括燃烧室尺寸的变化,亥姆霍兹共振腔的加入;流动因素包括周向平均流动、火焰排布方式等。非对称性的引入对于热声模态频率与模态结构有重要影响,会导致模态分离现象,即原有的退化的(degenerate)模态,分裂成两个非退化的模态。对于非对称因素的合理设计可以优化环形燃烧室中热声模态的稳定性,基于解析解进行分析,发现通过合理改变火焰参数以及调整燃烧室几何结构可以有效降低原有热声模态的增长率。本文的工作将促进对燃烧振荡中非对称因素以对热声振荡影响机理的认识,掌握实际环形燃烧室中热声振荡模态的形成机制。