径向分级燃烧室热声特性的试验研究

doi:10.3785/j.issn.1008-973X.2023.06.019

径向分级燃烧室热声特性的试验研究

傅燕妮^,, 隋永枫, 张宇明, 郑耀, 夏一帆^,

1. 浙江大学航空航天学院，浙江杭州 310027

2. 杭州汽轮机股份有限公司，浙江杭州 310022

Experimental study on thermoacoustic performance of radial staged combustor

FU Yan-ni^,, SUI Yong-feng, ZHANG Yu-ming, ZHENG Yao, XIA Yi-fan^,

1. School of Aeronautics and Astronautics, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China

2. Hangzhou Steam Turbine Limited Company, Hangzhou 310022, China

通讯作者: 夏一帆，男，特聘副研究员.orcid.org/0000-0003-3618-6196. E-mail： xiayifan@zju.edu.cn

收稿日期: 2022-06-6

基金资助:

浙江省重点研发计划资助项目（2020C01088）

Received: 2022-06-6

Fund supported:

浙江省重点研发计划资助项目（2020C01088）

作者简介 About authors

傅燕妮（1991—），女，博士生，从事燃气轮机燃烧室燃烧稳定性研究.orcid.org/0000-0002-9347-2503.E-mail：fuyn@zju.edu.cn , E-mail：fuyn@zju.edu.cn

摘要

为了探究径向分级燃烧室燃料分配比例对燃烧室热声特性的影响，对工业级单筒4 MW功率等级径向分级燃烧室进行试验研究. 试验中通过改变径向上值班喷嘴和主燃喷嘴的燃料分配比例，分析燃料分配比例对动态压力特征频率和幅值的影响. 采用相空间重构方法和递归分析方法，探究燃料分配比例变化过程中燃烧室内热声状态的变化特征. 结果表明，燃烧室内整体存在低频（70~90 Hz）和高频（200~230 Hz）2个主导频率. 在燃料分配比例调节过程中，出现低频向高频跃迁现象. 相空间重构图和递归图显示，当燃料分配比例增大时，燃烧室内热声状态存在切换过程：由准周期状态过渡为混沌状态，最终切换至极限环状态.

关键词： 径向分级燃烧室 ; 热声振荡 ; 相空间分析 ; 递归分析

Abstract

In order to investigate the effect of fuel distribution ratio of a radial staged combustor on the thermoacoustic characteristics, experimental tests were carried out on a 4 MW industrial can combustor, which had the radial staged combustor. In the tests, by changing the fuel distribution ratio of the pilot burner and the main burner, the influence of fuel distribution ratio on the frequency and amplitude of the dynamic pressure was analyzed. The phase space reconstruction method and the recursive analysis were used to investigate the thermoacoustic variation characteristics of the combustor during the process of changing the distribution ratios. Results showed that there were two dominant frequencies of a low frequency (70−90 Hz) and a high frequency (200−230 Hz) in the combustor. During the process of changing the fuel distribution ratio, the dominant frequency jumped from the low frequency to the high frequency. The reconstructed phase plots and the recurrence plots showed that as the fuel distribution ratio increased, the thermoacoustic state in the combustion chamber had a switching process. The thermoacoustic state transitioned from quasi periodic state to chaotic state, and finally switched to limit cycle state.

Keywords： radial staged combustor ; thermoacoustic oscillation ; phase space analysis ; recursive analysis

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本文引用格式

傅燕妮, 隋永枫, 张宇明, 郑耀, 夏一帆. 径向分级燃烧室热声特性的试验研究. 浙江大学学报(工学版)[J], 2023, 57(6): 1234-1241 doi:10.3785/j.issn.1008-973X.2023.06.019

FU Yan-ni, SUI Yong-feng, ZHANG Yu-ming, ZHENG Yao, XIA Yi-fan. Experimental study on thermoacoustic performance of radial staged combustor. Journal of Zhejiang University(Engineering Science)[J], 2023, 57(6): 1234-1241 doi:10.3785/j.issn.1008-973X.2023.06.019

燃气轮机燃烧室的热声振荡问题一直是业界关注的重点和难点. 热声振荡是由火焰热释放和动态压力互相耦合产生的系统振荡，会导致燃烧室内燃烧不稳定，局部火焰温度过高而引起排放增加；严重时会导致熄火、结构共振，影响燃机稳定运行，破坏结构部件，降低燃机使用寿命^[1]. 热声振荡问题通常具有突发性，表现为动态压力幅值的陡增. 在燃气轮机实际运行过程中，常用调节燃料分配比例的方法来抑制热声振荡^[2]，通过改变燃烧室内局部当量比，改变燃烧放热和声压之间耦合的热声状态. 因此，在燃烧室设计初期，利用试验手段掌握燃料分配比例对热声特性的影响，探究燃料分配比例变化过程中燃烧室内热声状态的变换规律具有十分重要的意义.

燃烧室热声特性的相关研究主要基于数值模拟线性分析和试验数据分析. Lee等^[3]研究了预混燃烧室燃用天然气时的热声特性，发现当量比和入口速度对热声特性有显著影响；Hobson等^[4]研究了燃用天然气燃烧室的动态压力随功率增加的变化趋势；付虓等^[5-6]针对模型预混燃烧室的燃烧不稳定性现象进行了实验研究和数值模拟，发现总当量比变化对燃烧不稳定频率的影响. 燃烧室的热声振荡问题涉及多种物理和化学过程，具有很强的非线性特征，数值模拟线性分析和简单的试验数据分析无法准确描述燃烧室的热声特性. 研究者采用非线性分析方法探究燃烧室内声学模态的转换和热声特点,提升燃烧室热声不稳定机理的认识. Juniper等^[7]深入研究热声非线性，开发了相应的时间序列分析程序. Gotoda等^[8-9]采用非线性时间序列分析方法研究贫预混燃烧室内热声模态变化，发现接近熄火极限的贫燃预混燃烧室的动力学行为由随机过程控制，随着当量比的增加，动力学特性由混沌状态转变为周期振荡；陶成飞等^[10]研究发现，热声振荡的半稳定特性与燃烧器的当量比紧密相关，递归图可以用于判断热声振荡的半稳定状态；王欣尧等^[11]采用试验手段和相空间重构方法研究了中心分级旋流燃烧器在发生热声不稳定时随着总当量比变化而产生的分岔现象.

工业燃气轮机普遍使用径向分级燃烧器，燃料分配比例改变对燃烧室的影响主要集中在出口温度分布和NO_x排放特性^[12]. 燃料分配比例对热声特性影响的研究较少；与实验室级燃烧室的热声特性研究相比，非线性分析方法在工业级复杂燃烧室热声特性研究中的应用较少. 本研究以某型工业级单筒4 MW功率等级径向分级燃烧室为对象，通过改变分级燃烧室中心值班喷嘴和外圈主燃喷嘴的燃料分配比例，分析燃料分配比例对动态压力特征频率和幅值的影响；采用相空间重构方法和递归分析方法，探究燃料分配比例变化过程中燃烧室内热声状态的变化特征.

1. 试验设置

1.1. 试验设备

如图1所示为燃烧室试验段结构示意图. 燃烧室试验台包括空气进气系统、燃烧室本体和排气段等结构. 燃烧室包括头部燃烧器、火焰筒和机匣，其中头部燃烧器为分级燃烧器，由中心值班喷嘴和外圈主燃喷嘴构成. 中心值班喷嘴采用轴向旋流器，外圈主燃喷嘴采用径向旋流器. 从风机供应过来的空气经过进气整流腔进行空气流动稳定，使得空气周向进气均匀. 空气逆流经机匣和火焰筒形成的环形通道进入燃烧室头部和火焰筒冷却孔中，在火焰筒中与来自值班喷嘴、主燃喷嘴的燃料掺混燃烧，最终燃烧产物通过排气段排出.

图 1

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图 1 径向分级燃烧室试验段结构

1—外圈主燃喷嘴；2—中心值班喷嘴；3—主燃燃料入口；4—值班燃料入口；5—火焰筒；6—机匣；7—空气入口；8—进气整流腔；9—排气段；10—动态压力传感器；11—差分放大器；12—数据分析仪 Configuration of testing section of radial staged combustor

如图2所示为燃烧室试验台. 该试验台在机匣和火焰筒形成的环形空气进气侧安装有动态压力传感器（Kistler 6021A）. 该传感器的采样频率为20480 Hz，灵敏度为0.62 pC/kPa，线性度≤1% FSO（full scale output），工作温度为−55~700 ℃，能够实时采集试验过程中的动态压力信号. 动态压力传感器获得的信号经过放大器后接入数据分析系统，在数据分析系统中动态压力信号可进行实时快速傅里叶变换，得到实时频域结果. 在试验过程中，调节进气空气参数和入口燃料参数至指定工况切换点后，维持试验参数不变，稳定运行30 s. 在该稳定运行期间，特征频率在一定频带范围内波动，频带宽度为10~20 Hz，取该频带内最大幅值对应的特征频率为该频带的主频率.

图 2

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图 2 燃烧室试验台现场图

Fig.2 Site picture of combustor test rig

1.2. 试验工况

设计3组工况，每组工况保持总当量比Φ相同，即燃烧室燃烧负荷Q相同. 在固定的总当量比下，通过改变通入值班喷嘴和主燃喷嘴的燃料分配比例β，观察燃烧室内动态压力信号的变化趋势，具体工况设计如表1所示. 燃料分配比例β定义为主燃喷嘴燃料量和值班喷嘴燃料量的比值. 每组工况中燃料分配比例β从0增加至8，记录10个燃料分配比例的切换点. 燃烧室使用的燃料为天然气，试验在常压条件下进行.

表 1 不同负荷下改变燃料分配比例的试验工况

Tab.1 Test conditions of changing fuel distribution ratio under different powers

工况	Q/MW	Φ
1	0.4	0.15
2	0.8	0.21
3	1.6	0.30

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2. 非线性分析方法

2.1. 相空间重构分析法

燃烧系统可视为非线性动力系统. 对于动力系统的描述，研究者一般使用选定的状态变量建立动力系统方程来分析动力系统特征^[7]. 燃烧系统是高维的非线性系统，低维的状态量时间序列无法直观体现系统的高维特征. 为了有效地从低维度时间序列中描述高维度特征，可以使用相空间重构方法^[13-14]构造高维系统状态量. 相空间重构图包含系统动力学的所有可能状态.

燃烧室的热声演化特征是非线性变化特征，通常采用动态压力这一状态量来描述，其中动态压力时间序列表达式为

(1) $ p(t) = p({t_0}+n{t _{\rm{s}}}) . $

式中：t₀为初始采样时间，t_s为采样时间，n为采样点数. 利用延时嵌入定理^[15]，选择合适的延迟时间t_d和嵌入维数d，可以将低维测量数据信号嵌入高维相空间，构造得到延迟坐标向量：

(2) $ \begin{split} {\boldsymbol{Z}}(i) =&[p(i),p(i+t_{\rm{d}} ), \cdots ,p(i+(d - 1)t_{\rm{d}} )] \text{；} \\ & i=1, 2, 3, \cdots , n-(d-1)t_{\rm{d}} . \end{split} $

该向量对应的序列轨迹演变称为相空间重构，用以表示系统独立变量之间的关系. 采用平均互信息法（average mutual information, AMI）确定重构相空间所需的最佳时延^[16]，计算结果如图3所示. 图中，平均互信息指标I_AB表征2组状态量之间信息共用程度，选择第1个局部极小值对应的延迟时间作为最佳时延. 采用Cao^[17]的方法计算最佳嵌入维数. 该方法定义的2个指标E₁、E₂，表征维度从d增加到d+1时，相空间中某相近两点之间距离增长的程度. 当E₁、E₂在某一维度d后不再变化，选择维度d+1为最佳嵌入维度，计算结果如图4所示.

图 3

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图 3 工况3中动态压力信号的平均互信息指标随延迟时间变化曲线

Fig.3 Average mutual information of dynamic pressure signal with different delay time in case 3

图 4

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图 4 工况3中动态压力信号的距离指标随嵌入维度变化曲线

Fig.4 Distance quantities of dynamic pressure signal with different embedding dimensions in case 3

2.2. 递归分析法

递归现象是指相空间中轨迹经过过去某时刻所在点的领域的现象^[7]. 递归图在二维平面上描述了高维时间序列递归特征的图形，在将时间序列可视化的同时，能够检测数据中隐藏的复杂模式，定性识别状态量时间序列的周期性、混沌性^[18]. 递归图中的结构模式表征了给定系统相空间轨迹的动力学行为.

对于某组长度为N的时间序列x(i), 定义递归矩阵的元素为

(3) $ \begin{split} R_{i,j} =&\left\{ \begin{array}{l} {1,\;d(x(i),\;\;\;x(j)) \leqslant \varepsilon; }\\ 0,\;d(x(i),\;\;\;x(j)) > \varepsilon. \end{array} \right.\\ & i,j = 1,2, \cdots, N . \end{split} $

式中：x(i)、x(j)为延迟坐标向量中的时间序列，ε为设定的阈值，d(x(i), x(j))为序列x(i)和x(j)的欧式距离. 计算得到的矩阵为仅包含0、1元素的方阵，其中0表示没有发生递归现象，1表示发生递归现象. 将递归矩阵在二维平面上图形化：根据递归方阵大小将正方形分割为小正方形，每个小正方形根据递归方阵中的元素填色（若结果为1，则填充黑色；若结果为0，则填充白色），由此便得到递归图. 一般而言，递归图中孤立的黑点代表随机过程，表示下一时刻中相空间轨迹的演化无法预测，对应燃烧状态中的燃烧噪声；平行于主对角线的短线伴随稀疏分布的黑点表示混沌随机过程，对应燃烧状态中的准稳态状态；平行于主对角线的长连续线表示存在周期过程，对应燃烧状态中的极限环振荡状态，说明燃烧处于热声不稳定状态，连续线之间的间隔距离表示信号的周期长短.

3. 结果分析

3.1. 燃料分配比例对频域特征的影响

3.1.1. 主频变化趋势

如图5所示为燃烧室动态压力主频f随燃料分配比例β的变化趋势. 当总当量比Φ=0.15时（工况1），燃料分配比例β对主频影响较小，主频基本保持在80 Hz. 当总当量比Φ=0.21时（工况2），主频在燃料分配比例β=2.67发生跃迁，从80 Hz跃迁到200 Hz. 当β<2.67时，主频较为稳定，维持在80 Hz；当β>2.67时，主频稳定在200 Hz. 当总当量比Φ=0.3时（工况3），主频在燃料分配比例β=0.94时发生跃迁，从80 Hz跃迁到230 Hz. 当β<0.94时，主频稳定在80 Hz；当β>0.94时，主频稳定在230 Hz.

图 5

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图 5 试验工况下动态压力主频随燃料分配比例变化趋势图

Fig.5 Variation of dynamic pressure main frequency under different fuel distribution ratios in test cases

试验结果表明，燃烧室内整体存在低频（70~90 Hz）和高频（200~230 Hz）2个轴向模态. 燃烧室内的压力波动主要有亥姆霍兹模态、轴向模态和周向模态3种振荡模态^[19]，筒型和环管型燃烧室的热声状态主要是轴向模态^[1]. 当燃料分配比例较小时，此时值班喷嘴的燃料量较高，燃烧室内低频模态占主导；当燃料分配比例较大时，此时主燃喷嘴的燃料量较高，燃烧室内高频模态占主导. 工况1在燃料分配比例变化过程中没有出现低频向高频跃迁，可能是由于该工况燃烧室内燃烧负荷较低（0.4 MW），未能激发高频模态. 工况2、3的燃烧负荷较高，足够激发高频模态. 主频在燃料分配变化过程中存在阶跃行为，说明改变燃料分配比例会引起燃烧室内热声状态的转换. 随着燃烧负荷的增加，燃烧室内整体温度升高，声速变大，因此工况3中高频模态的主频（230 Hz）略高于工况2中高频模态的主频（200 Hz）.

一般认为，燃烧室的热声频率由声波和涡脱落共同决定^[20-24]. 刘晓佩等^[25-27]对预混旋流燃烧室的热声振荡特性实验中发现，特征频率随当量比增加发生阶跃. 他们认为当量比变化导致流场发生变化，改变涡脱落过程，使得燃烧室的热声模态发生转变. 本研究的燃烧室为径向分级燃烧室，包含值班喷嘴和主燃喷嘴，其中值班喷嘴采用扩散燃烧，主燃喷嘴采用预混燃烧，2个区域中火焰的热释放频率不同. 扩散火焰区域热释放和燃烧室内压力波动耦合产生热声低频模态；预混火焰区域热释放和燃烧室内压力波动耦合产生热声高频模态. 当在不同工况下进行燃料分配比例调整时，扩散火焰区域和预混火焰区域的热释放强弱不同. 随着预混燃料的增加，扩散火焰区域热释放变弱，预混火焰区域热释放变强. 导致燃烧室内热声模态由低频模态向高频模态切换，出现燃烧室热声状态转变现象. 调节燃料分配比例实际上是改变燃烧室内值班喷嘴和主燃喷嘴的局部当量比. 燃烧负荷增加，热释放脉动更加剧烈，对局部当量比的变化更加敏感，因此随着燃烧负荷的增加，发生模态跃迁所需的燃料分配比例更小.

3.1.2. 动态压力幅值变化趋势

如图6所示为主频对应的动态压力幅值p_A随燃料分配比例β变化趋势. 当Φ=0.15时（工况1），随着燃料分配比例β的增加，p_A先增大，最高达到0.6 kPa，后缓慢减小，在β>2.67后幅值小于0.1 kPa. 当总当量比为Φ=0.21时（工况2），存在低频（80 Hz）和高频（200 Hz）2个主导频率. 低频p_A随着燃料分配比例β的增加同样呈先增大后减小趋势，在β=0.19时达到峰值2.0 kPa，而后快速减小，在β>0.94后幅值小于0.1 kPa；高频p_A在β<0.94时较低，始终维持在0.1 kPa，β>0.94后，高频p_A开始增长，最终达到0.9 kPa. 总当量比为Φ=0.3时（工况3）的燃料比例调整过程中存在低频（80 Hz）和高频（230 Hz）2个主导频率. 低频p_A随着燃料分配比例β的增加，同样呈现先增大后减小趋势，在β=0.94时达到峰值2.3 kPa，而后迅速减小到0.1 kPa，并维持在0.1 kPa以下；高频p_A在β<0.94时一直维持在0.4 kPa；当β>0.94时，230 Hzp_A迅速增加到1.5 kPa，而后缓慢回落，稳定在1.0 kPa.

图 6

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图 6 试验工况下动态压力幅值随燃料分配比例变化趋势图

Fig.6 Variation of dynamic pressure amplitude under different fuel distribution ratios in test cases

主频幅值的变化过程同样表明总当量比较高时即燃烧负荷较高时，燃烧室整体存在2个主导频率的竞争. 燃料分配比例变化过程中，2个主导频率同时存在，但低频和高频对应p_A变化趋势完全不同，一直处于此消彼长的状态，导致主频会随着燃料分配比例β的改变而发生跃迁. 高频p_A在工况2、3中的表现略有不同：在工况2中高频p_A随着燃料分配比例逐渐增加，工况3中高频p_A随着燃料分配比例增加后逐渐减小. 王欣尧等^[11,25,27]的研究表明，随着当量比的增加，动态压力幅值呈现先增加后回落趋势. 工况3总当量比高于工况2，随着燃料分配比例增加，工况3中预混火焰区域当量比增加，预混火焰趋于稳定，因此振荡幅值略微回落；工况2还处于上升区间.

3.2. 燃料分配比例切换过程的热声状态特征

图5、6的分析结果表明，燃料分配比例β的变化将引起燃烧室内动态压力信号发生主频的跃迁，在燃料分配比例变化过程中，燃烧室内的热声状态发生变化，热声模态存在转换过程. 为了深度探索跃迁过程中燃烧室内热声特性的变化，针对总当量比工况3的切换过程进行相空间重构和递归分析，该切换过程共记录10个切换点，每个切换点对应的燃料分配比例β如表2所示.

表 2 不同切换点的燃料分配比例（工况3）

Tab.2 Variation of fuel distribution ratio (case 3)

序号	β	序号	β
1	0.00	6	1.30
2	0.09	7	1.83
3	0.19	8	2.67
4	0.48	9	4.21
5	0.94	10	8.00

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3.2.1. 相空间轨迹特征

工况3的动态压力时间序列经过高维相空间延迟重构后的结果如图7所示，轨迹特征如下.

图 7

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图 7 工况3中不同燃料分配比例的动态压力相空间重构图

Fig.7 Reconstructed phase plots of dynamic pressure under different fuel distribution ratios in case 3

1）切换点1、2的相空间轨迹表现为具有一定宽度的极限环，该特征说明燃烧室内热声状态处于准周期稳态. 这2个切换点的燃烧室内动态压力频域特征以80 Hz为主，和相空间轨迹所表现出的准周期稳态特征相符. 同时，切换点2的80 Hz动态压力幅值增加，和相空间轨迹厚度减少的现象形成印证.

2）切换点3、4的相空间轨迹杂乱无序，呈现明显的噪声状态，说明此时燃烧室内热声状态处于混沌状态. 这2个切换点的动态压力频域结果中，80 Hz动态压力幅值显著增加的同时，200 Hz幅值开始显现，虽然200 Hz动态压力幅值（0.3 kPa）明显小于80 Hz动态压力幅值（2.2 kPa），但是相空间轨迹说明，该点存在2个频率的相互竞争，为主频变化的过渡状态.

3）切换点5，燃烧室内声压发生转变，相空间轨迹在高频振荡和低频振荡之间频繁跳转，表现出间歇状态，即燃烧室内热声状态在准稳态和不稳定状态之间转换. 该切换点下，80 Hz动态压力幅值达到峰值2.3 kPa，而后迅速回落至0.5 kPa以下，同时，200 Hz动态压力幅值由0.5 kPa迅速增大至1.5 kPa，因此在该切换点下，80 Hz频率和200 Hz频率之间的竞争已经逐渐明朗，故表现出间歇状态的相空间轨迹.

4）切换点6~10，相空间轨迹逐渐有序，为典型极限环状态，轨迹运动厚度由宽变窄，到切换点10时已形成明显的极限环状态. 从频域结果中也可明显看出，切换点6~10，200 Hz动态压力幅值明显高于80 Hz动态压力幅值，为主导频率，200 Hz动态压力幅值保持在1.2 kPa，因此，相空间中表现出极限环状态. 随着燃料分配比例的增加，80 Hz动态压力幅值逐渐减少，从0.3 kPa减少至0.1 kPa 以下，至切换点10时已几乎观测不到，因此，相空间轨迹的厚度逐渐变窄，至切换点10时呈现明显的极限环，说明燃烧室处于热声不稳定状态.

3.2.2. 递归图特征

通过相空间轨迹能够明显观测到燃烧室内存在热声模态切换现象，现利用递归分析方法，进一步研究主频跃迁过程中递归图的分析结果. 如图8所示为工况3中切换点1、5、6和10的压力信号时间序列和对应的递归图. 图中，在切换点5、6的切换过程中，燃烧室动态压力信号发生主频的跃迁. 切换点1的递归图由少量孤立点和一些短对角线组成，符合混沌过程的递归图特征，说明此时燃烧室内热声状态处于准稳态. 该结论和相空间重构得到的结论相同. 切换点1~5递归图中，孤立点逐渐减少，对角线逐渐明显，且长度变长，说明燃烧室内压力信号的周期性增强. 当切换点5至6切换时，递归图对角线的间距突然缩短，整个递归曲线的对角线密度增加，代表信号的周期缩短，该现象和频域图中表现一致，在切换点5和6之间，燃烧室内压力信号主频从80 Hz跃迁到230 Hz. 切换点6~10的递归图均表现出明显的平行于主对角线的长连续线，且对角线现象更为明显，说明燃烧室处于极限环振荡状态. 该现象和频域图中同样表现一致，在切换点6~10的切换过程中，动态压力230 Hz频率的主导作用逐渐清晰，至切换点10时，仅剩230 Hz主导频率. 综上可得，在燃料分配比例增大的过程中，燃烧室内热声状态存在明显的切换过程. 在仅值班燃料无预混燃料时，燃烧室内热声状态呈现准周期特征；随着主燃预混燃料的增加，热声状态发生变化，经短期混沌状态后切换至极限环振荡状态.

图 8

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图 8 工况3中不同燃料分配比例的动态压力递归图

Fig.8 Recurrence plots of dynamic pressure under different fuel distribution ratios in case 3

4. 结　语

在燃料分配比例变化过程中，燃烧室内存在2个主导频率，且变化过程中主频存在竞争现象，在一定燃料分配比例下主频从低频（70~90 Hz）向高频（200~230 Hz）跃迁. 当在燃料分配比例较小，即值班燃料量较高时，燃烧室内低频模态占主导；当燃料分配比例较大，即主燃燃料量较高时，燃烧室内高频模态占主导. 在不同燃烧负荷下，诱发阶跃所需的燃料分配比例值不同，燃烧负荷越高，发生阶跃所需的分配比例越小. 相同燃烧负荷下，预混燃料比例增大的过程中，燃烧室内主导频率的动态压力幅值变化趋势相似，低频动态压力幅值呈现先增大后减小趋势，而高频动态压力幅值呈增大趋势. 相空间重构和递归图对动态压力时间序列数据的分析结果表明，在燃料分配比例增大的过程中，燃烧室内热声状态存在切换过程，由准周期状态过渡为混沌状态，最终切换至极限环状态，该切换过程和燃烧室热声特性的频域特征表现一致. 本研究的试验在常压下进行，后续还将开展高压试验，并探究热声状态预测方法.

参考文献

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文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

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王玮, 肖俊峰, 高松, 等

空燃比对燃气轮机燃烧室燃烧不稳定性影响的数值研究

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