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

1、在具有換熱裝置的設(shè)備內(nèi)，由于不穩(wěn)定放熱與聲波的耦合作用會產(chǎn)生熱聲振蕩現(xiàn)象，引起熱能與聲能的相互轉(zhuǎn)換。熱聲振蕩現(xiàn)象對燃?xì)廨啓C(jī)等設(shè)備具有強(qiáng)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(wǎng)），管的兩端與大氣聯(lián)通，管內(nèi)會激發(fā)出強(qiáng)烈的聲波振蕩，這就是Rijke管。Rijke管內(nèi)存在強(qiáng)烈的熱聲不穩(wěn)定性，常被用來進(jìn)行熱聲耦合機(jī)理、管內(nèi)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(nèi)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(nèi)脈動壓強(qiáng)與熱源的耦合作用。本文通過搭建水平電加熱Rijke管實(shí)驗(yàn)臺，對Rijke管內(nèi)的壓力極限振蕩后產(chǎn)生的壓力場進(jìn)行了空間與時(shí)間的解析，將傅里葉分解與本征正交分解的方法相結(jié)合，研究Rijke管內(nèi)的聲波振動特性。本文主要工作和結(jié)論如下:
　　1.在傳統(tǒng)的傅里葉分解方法的基礎(chǔ)上，采集管內(nèi)三個不同位置

3、處測量聲壓值，拓展出新的計(jì)算方法，根據(jù)不同特征頻率段的能量值和以及能量比值以此研究管內(nèi)不同頻率的聲波振動特性。通過改變實(shí)驗(yàn)工況，對比管內(nèi)不同位置處的分析結(jié)果，得出管內(nèi)同時(shí)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(shí)驗(yàn)參數(shù)對不同頻率聲波振動強(qiáng)度產(chǎn)生不同的影響。管內(nèi)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(shí)測量了兩個模態(tài)的聲波振動。
　　2.同時(shí)采集管內(nèi)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(nèi)不同波長聲波的振動特性。分解結(jié)果得到的空間分布函數(shù)，計(jì)算管內(nèi)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(yīng)分解模態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移。根據(jù)空間分布函數(shù)以及采集的聲壓值，計(jì)算處管內(nèi)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(jié)合，可以研究管內(nèi)不同波長和不同頻率的聲波振蕩，研究管內(nèi)各線性模態(tài)與非線性模態(tài)的物理機(jī)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(shù)an進(jìn)行傅里葉分解、帶通濾波和傅里葉分解的逆運(yùn)算，最終得到九個不同模態(tài)和頻率的壓強(qiáng)值(p)m，n。通過對比研究發(fā)現(xiàn)了管內(nèi)存在三種振蕩現(xiàn)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(dǎo)作用;類型Ⅱ波長為L的聲波，經(jīng)過本征正交分解后在前三個模態(tài)n=1，2，3內(nèi)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(xiàn)。
　　4.在不同的熱源加熱功率和氣體流量下，對