混合过程对旋流预混火焰燃烧不稳定性影响的实验研究

针对预混火焰燃烧振荡问题,通过改变旋流预混燃烧器的长度和气流速度,研究了混合长度、气体流速和当量比对燃烧不稳定性的影响,检验了时间延迟模型在宽时间尺度范围内的有效性,并揭示燃烧室压力脉动与燃烧器内燃料空气混合的相互作用机制,及其对燃烧模态的影响.结果表明,燃烧室内压力脉动会向上游传播,引起预混管内当量比脉动.当混合时间尺度小于临界尺度时,时间延迟模型具有一定的可行性.预混管内当量比脉动会随气体流动传至燃烧室中,进而影响燃烧过程,导致燃烧模态随混合时间增加而出现稳定-振荡的循环变化.当混合时间尺度大于临界尺度时,压力脉动向上游的扩散和当量比脉动向下游的流动传递衰减严重,燃烧处于稳定模态.该临界尺度约为τfc=1.5.     

贫预混预蒸发燃烧室振荡燃烧特性的实验研究

针对燃用航空煤油的贫预混预蒸发模型燃烧室的振荡燃烧特性开展了实验研究。实验表明:在相同的燃烧室入口空气燃料混合物流速下,随着当量比的增加,燃烧室振荡燃烧的振荡主频从132 Hz增加到144 Hz,但燃烧室的均方根脉动压力幅值却从1 464 Pa下降到342 Pa。在当量比不变情况下,入流空气燃料混合物流速较低时,容易引发振荡燃烧现象,而当入流空气燃料混合物流速较高时,则燃烧会变得稳定。分析了整个燃烧实验装置的前4阶轴向声学模态频率,发现实验中所激励出的振荡燃烧主频和第二阶轴向声学模态频率吻合的很好。     

中心分级旋流火焰中热声不稳定分岔现象研究

针对中心分级旋流燃烧器中甲烷火焰在常温常压下的热声不稳定进行了实验研究,主要关注随着当量比变化发生的分岔现象.实验结果表明,随着总当量比的增加,热声系统经历了两次分岔,因而可以分为3个稳定性区间:安静、中等振荡和强烈振荡.其中,后两种区间下发生了热声不稳定,相空间重构表明其均发生了极限环振荡.本研究还结合高速摄像机拍摄...     

贫燃预混旋流火焰的燃烧不稳定性

在低污染模型燃烧室上,从实验角度研究了常温常压下贫燃预混旋流火焰燃烧不稳定性.主要着眼于当量比、旋流数和掺混段结构对于燃烧不稳定性的影响.结果表明,当量比对燃烧的稳定性具有重要影响,随着当量比的提高,燃烧经历了稳定-不稳定-极限环,振荡的频率变化不大,而脉动压力幅值显著增大,最终达到极限环状态.旋流强度增大会导致压力脉动增大,进入不稳定的最小当量比降低.实验所采用的开孔掺混方式与开放式的自由混合方式相比,对燃烧不稳定压力脉动有减小的效果.     

富氢燃料贫预混旋流燃烧热声振荡特性的实验研究

贫预混燃烧是实现富氢燃料燃气轮机低NO_x燃烧的有效途径之一,但是贫预混燃烧极易产生热声振荡,热声振荡会干扰燃烧过程,对燃烧室的结构造成破坏。本文通过实验分析了当量比、燃料组分以及空气质量流量对热声振荡特性的影响。结果表明:在动态压力功率谱上有两个明显的峰值,其频率均随当量比的增加而增加,同时当量比也会影响振荡强度;氢含量越高,越容易发生热声振荡,提高氢含量会影响热声振荡的特性,当氢含量达到一定值之后再提高氢含量对热声振荡特性的影响变得不明显;空气质量流量越大,振荡强度增大,稳定燃烧的范围变小。     

声音信号在贫油预混预蒸发振荡燃烧分析中的应用

为研究声音信号在贫油预混预蒸发(LPP)燃烧室热声耦合振荡分析中的应用,设计并搭建了LPP燃烧室振荡燃烧试验台,完成了燃烧室振荡燃烧下的声-热参数对比试验,并对燃烧装置进行声学模态分析.结果表明:在主频附近,燃烧室与预混室内的声场具有相互耦合作用;在相同入口空气流速下,燃烧室的主频与燃油质量流量成正比,在相同燃油质量流量下,燃烧室的振荡主频不变;在过渡状态下,声音信号可反映出在点火、稳定到振荡燃烧、振荡到稳定燃烧和熄火工况下,燃烧室内燃烧状态的变化;试验中测得的声音信号主频为2阶轴向振荡模态.     

进气参数对LPP燃烧室振荡燃烧特性和火焰结构的影响

为研究贫预混预蒸发(LPP)燃烧室振荡燃烧规律和LPP火焰结构,利用动态压力传感器测量了LPP燃烧室内不同进气参数下时域及频域上的压力脉动;利用激光诱导荧光(PLIF)测量系统研究了不同进气参数下的LPP火焰结构变化规律。结果表明:随着燃烧室入口流速的增加,激励出的振荡燃烧的当量比区域会减小;在一定的入口流速下,所激励的振荡燃烧主频会随着当量比的增加而增加;随着燃烧室入口空气温度的提高,激励出振荡燃烧的区域会减小,激励出的振荡燃烧的强度会下降,但振荡燃烧的主频均会增加;稳定燃烧时,LPP火焰为V型火焰;振荡燃烧则会将LPP火焰转化为平整型火焰。     

当量比对甲烷预混低旋流燃烧的影响

通过实验和数值模拟的方法研究了甲烷/空气预混低旋流燃烧的流场结构及当量比对甲烷低旋流燃烧的影响.结果表明,甲烷/空气预混低旋流气流在喷嘴出口处扩张,形成有利于燃烧稳定的低速区;预混火焰"悬浮"于喷嘴上方,在剪切区的内侧,火焰呈W型;富燃时,随着当量比的增加,火焰的推举高度略有增加;甲烷/空气预混低旋流流场具有自相似性,无量纲轴向速度的径向分布几乎不受当量比的影响.同时,燃烧室出口的温度随着当量比的增加而增加,并且在当量比为0.8~1.4时变化较为明显,当量比超过1.4后,增加趋势变缓.     

燃气轮机振荡燃烧特性试验研究

振荡燃烧是燃气轮机贫燃预混燃烧室不稳定运行的重要原因之一,因此需要掌握燃烧室压力脉动特性,以探究抑制振荡燃烧的方法。本文应用低压模化燃烧试验台,完成某型燃气轮机全尺寸振荡燃烧特性试验研究。分析了贫燃状态中,不同当量比、不同燃烧区域条件下,该型燃烧室运行的动态过程,并总结了燃烧室内压力脉动的影响因素和变化规律。试验表明:(1)减少燃料量、降低热释放量,可以减弱燃烧室内由燃烧区流动引起的压力脉动,尤其是对50 Hz以下的主频振荡;(2)燃烧区当量比过低,燃烧不稳定会引发50 Hz以上极强的主频振荡;(3)增加值班路,向燃烧区中心投放燃料可以有效抑制由燃烧不稳定引起的高频主振。     

预混火焰不稳定性的大涡模拟

在湍流燃烧大涡模拟的基础上,利用气动声学FW-H方程对甲烷,空气预混火焰的不稳定性进行了数值分析.局部化学当量比的周期性波动,造成燃烧室内出现周期性的压力振荡,随着化学当量比的增大或减小,压力振荡幅值均有所提高;贫氧工况下,压力振荡的频率较低,贫燃工况下,压力振荡频率较高.燃烧室内同时存在周期性的温度振荡和速度脉动;压力振荡与速度脉动趋于同频、同相,而温度振荡在相位上稍有提前.流向涡涡量分布呈现周期性变化趋势,相对而言,贫氧工况下,流向涡涡量较小、涡团尺度较大;贫燃工况下,流向涡涡量较大、涡团尺度较小.     

一种频发次同步振荡现象对汽轮机轴系扭振疲劳的影响

本文针对内蒙古呼伦贝尔煤电基地电源输变电系统出现的一种频发次同步振荡现象,依据电厂实时扭振录波数据,以全尺寸有限元分析结果为基础,从机头扭角速度录波着手获得危险部位的载荷谱,利用雨流法和基于平均应力修正的西屋S-N曲线,对机组轴系进行扭振疲劳损伤评估。结果表明:在典型载荷谱作用下,服役1年轴颈的疲劳寿命损耗将不可承受,必须采取技术手段对该现象进行抑制。电厂在研究结论的基础上,采用扭振抑制保护装置STATCOM,减小了扭振幅值,显著降低了安全风险,运行近6年来未发现由于扭振导致的安全性故障。     

水轮机及其调速系统对电力系统低频振荡的影响

传统上在对电力系统低频振荡的研究中,励磁系统被认为是造成低频振荡的主要原因。而目前认为,水轮机及其调速系统对电力系统低频振荡的影响也不能忽略。对低频振荡的研究主要从水轮机及其调速系统的作用着手,通过对实例的计算得出特征值、相关因子等,通过相关性分析等方法得出水轮机及其调速系统对电力系统低频振荡有影响的结论。     

高热流密度微通道的周期性欠热沸腾

实验发现单微通道在高热流密度条件下会发生一种长周期/小幅度间歇性欠热沸腾现象.它发生在入口温度在室温到8℃的范围,出口温度及压差呈现非常有规律的小幅度脉动,且呈现反相.当热流密度略大于沸腾起始点时,脉动周期长达50～100 s.随着热流密度的增大,脉动周期变短.当热流密度接近临界值时,脉动周期在5～10 s.实验还发现在宽广的热流密度范围内.时均质量流速对于热流密度的变化不敏感,推断出在一个完整周期内,汽泡产生及逸出的时间相对较短.     

微尺度相变传热中的不稳定现象

实验发现了微通道在高热流密度下会发生一种长周期/大幅度液体/两相间歇流.它发生在贮液容器内的液体处于近乎饱和温度的条件下,表现出实验段压差,质量流速,通道进出口温度及壁温作有规律的长周期及大幅度脉动.通道内随时间发生液体和两相流的间歇流动,实验证实该类流动是由于通道内质量流速与入口温度间的负反馈效应引起的.     

完全气体一维无粘可压振荡流动的一个解析解

通过研究得到了完全气体一维无粘可压振荡流动的代数显式解析解,这一解析解不但在理论上有重要意义,还可以作为检验各种数值解法的标准解,这一解析解具有比较广泛的工程背景。     

燃烧振荡的驱动机理

针对热力系统中声耦合燃烧振荡问题,分析了强迫共振和热声自激两类声耦合燃烧振荡的机理,重点综述了热声自激振荡的若干驱动机制,并给出了防止声耦合燃烧振荡的措施。     

Observation study on the flame morphology of outwardly propagating turbulent HCNG-30 premixed flames

The present work reported observation studies on the flame structure of outwardly propagating HCNG-30 (adding H₂ into CH₄ with a volumetric ratio of 30%) premixed flames, the effects of turbulent intensities (from 0 to 1.31 m/s) and equivalence ratios (from 0.6 to 1.2) were discussed. First, the effects of equivalence ratios on laminar HCNG-30 premixed flames were analyzed and discussed upon the flame morphology and the macro indices to flame structure (critical radius and wrinkling ratio), with the decrease of equivalence ratio from rich to lean, the instability was dominated by both D-T instability and D-L instability. Then, with the presence of turbulence, the flame structure became more wrinkled for both the turbulence effects and the interactions to intrinsic instabilities. Upon the analysis about the spatial oscillation on the flame-front with same sizes, the relationship between the amplitude of the flame-front and the equivalence ratio in intense turbulence conditions is not regular, and this phenomenon could be attributed to the dominant influence of turbulence on the flame structure under intense turbulent conditions. Upon the wavelet analysis about the temporal oscillation on same local flame structure, the effects of turbulence would decline when the flame developed to certain size, and such phenomena could be attributed to the dissipation of turbulence.     

振荡作用下气液两相流的流动特性

为研究高强化活塞冷却油腔内气液两相流的振荡流动结构对其强化传热效果的影响,对矩形空腔内气液两相流的振荡流动过程进行了实验研究。结果表明:气液两相流在起振阶段和充分振荡阶段的振荡流动规律有着明显的区别,起振阶段两相流以"爬壁"运动为主,而充分振荡阶段两相流则以"绕壁"运动为主;振荡频率主要影响两相流中气泡的状态和湍流强度,而填充率则主要影响两相流的流动形态和运动规律,在起振阶段振荡频率和填充率对起振阶段时长和最大气泡尺度的变化都有显著影响,而在充分振荡阶段,振荡频率对于气泡尺度的影响要明显高于填充率。     

Robust power oscillation damper design for DFIG-based wind turbine based on specified structure mixed H2/H∞ control

As the integration of a doubly fed induction generator (DFIG)-based wind power generation into power systems tends to increase significantly, the contribution of DFIG wind turbine is highly expected. Since the active and reactive power outputs of DFIG can be independently modulated, the stabilizing effect of DFIG on the inter-area power system oscillation is a challenging issue. This paper proposes a new robust control design of power oscillation damper (POD) for a DFIG-based wind turbine using a specified structure mixed H₂/H_∞ control. The POD structure is a practical 2nd-order lead–lag compensator with single input. Normally, H_∞ control mainly enforces the closed-loop stability while noise attenuation or regulation against random disturbances is expressed in H₂ control. As a result, the mixed H₂/H_∞ control gives a powerful multi-objective control design so that both closed-loop stability and performance of designed controller can be guaranteed. Here, the linear matrix inequality is applied to formulate the optimization problem of POD based on a mixed H₂/H_∞ control. The POD parameters are optimized so that the performance and robustness of the POD against system disturbances and uncertainties are maximal. The firefly algorithm is automatically applied to solve the optimization problem. Simulation study in a two-area four-machine interconnected power system shows that the DFIG with robust POD is superior to conventional POD in terms of stabilizing effect as well as robustness against various power generating and loading conditions, unpredictable network structure, and random wind patterns.     

双馈风电机组对电网电压振荡的载荷响应特性

电网电压振荡会引起发电机电磁力矩振荡,增加传动链轴系和塔架左右方向载荷,给传动链和塔架带来一定的疲劳损伤。通过分析发电机电磁力矩振荡频率与电网电压振荡频率的关系,考察传动链轴系载荷、塔架左右方向载荷对发电机电磁力矩振荡的响应特性,从而建立联合仿真模型,对比分析不同电磁力矩振荡频率对传动链轴系载荷、塔架左右方向载荷的影响。结果表明,电网基波频率附近电压振荡会引起发电机电磁力矩低频振荡,进而显著增加传动链轴系和塔架左右方向载荷。