一种大振幅热声不稳定振荡实验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种能够产生较大压强振荡幅值且稳定的热声振荡实验装置，包括Rijke管，其一端开口，一端封闭，开口端为进气端；在Rijke管内，且靠近进气端，平行于Rijke管的纵切面放置有一石墨加热网，石墨加热网为圆饼状，其上布设多个开孔，用于气体流动；在石墨加热网的外侧壁一周环套有隔热环，隔热环的外侧壁与Rijke管的内壁紧密贴合。在Rijke管外壁上套设有一感应线圈，感应线圈与感应电源相连接，供电后，感应线圈用于加热石墨加热网。使用该一种能够产生较大压强振荡幅值且稳定的热声振荡实验装置，用来模拟火箭发动机内部的振荡环境，后续可以应用于固体推进剂燃烧响应与液体推进剂振荡燃烧实验。液体推进剂振荡燃烧实验。液体推进剂振荡燃烧实验。

A large amplitude thermoacoustic unstable oscillation experimental system

【技术实现步骤摘要】
一种大振幅热声不稳定振荡实验系统


[0001]本专利技术属于热声不稳定
，具体涉及一种大振幅热声不稳定振荡实验系统。

技术介绍

[0002]热声不稳定是由于不稳定放热和声场振荡的耦合作用产生的不稳定现象，是燃烧不稳定最为主要的一种形式。长久以来，燃烧不稳定一直都是火箭发动机，燃气轮机，航空发动机和电厂锅炉等许多高性能燃烧装置面临的重大挑战。因此，预示和控制不稳定是热声不稳定研究追求的终极目标。
[0003]能量转换装置通常涉及发生在密闭的几何形状中的燃烧过程，在其中有各种涉及到流体流动，声辐射和热效应及其相互作用的复杂现象。这些相互作用和耦合是被称为热声不稳定性的组织运动的产生来源。热声不稳定通常是压力振荡与非稳态热释放耦合导致的结果。
[0004]热声不稳定是一个复杂的现象，为了了解其本质，必须使用一些简化的模型来开展研究。Rijke管是由荷兰莱顿大学的物理学教授P.L.Rijke于1859年发现的一种研究热声现象的最经典的实验系统。其基本组成是由一个两端开口的圆柱型管道，一个加热装置组成，通常是加热丝或者加热网，也可以是火焰。当加热功率达到一定大小时，可以产生明显的声场。发声的过程与气体的受热有关。加热装置附近的空气受热后膨胀密度变小，向上运动与管壁接触后，温度又降低，密度变大。这一周期性的过程导致管内空气密度的周期性分布，这也是压力振荡产生的原因。尽管垂直Rijke管很简单，但它不允许时均流和提供给加热装置的功率独立变化。具有时均流的水平Rijke通过鼓风机和透气纱布，通过电流加热，克服了这一缺陷。
[0005]由于Rijke tube的尺寸以及加热功率等因素限制，通常利用该方法产生压强振荡振幅较小，不能很好的模拟火箭发动机燃烧环境以及其它热声不稳定的情况。另一种常用来模拟振荡条件的方法是使用脉冲激励，但这只能获得一个衰减较快的压强振荡。要产生接近火箭发动机内的振荡环境，就必须模拟出一个稳定的、幅值较大的振荡环境。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种能够产生较大压强振荡幅值且稳定的热声振荡实验装置，用来模拟火箭发动机内部的振荡环境，后续可以应用于固体推进剂燃烧响应与液体推进剂振荡燃烧实验。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是，Rijke管，其一端开口，一端封闭，开口端为进气端；在Rijke管内，且靠近进气端，平行于Rijke管的纵切面放置有一石墨加热网，石墨加热网为圆饼状，其上布设多个开孔，用于气体流动；在石墨加热网的外侧壁一周环套有隔热环，隔热环的外侧壁与Rijke管的内壁紧密贴合。
[0008]在Rijke管外壁上套设有一感应线圈，感应线圈与感应电源相连接，供电后，感应
线圈用于加热石墨加热网。
[0009]在Rijke管内通入气体，且石墨加热网加热Rijke管时，Rijke管内用于提供热声不稳定环境。
[0010]进一步地，该Rijke管的进气端与一阻尼室相连通，且阻尼室的直径大于Rijke管的直径；在阻尼室的端部开设有进气口，进气口用于与气体供给装置相连接。
[0011]进一步地，在Rijke管上部，且沿其长度方向间隔开设有多个测温孔，各测温孔内均各安装有一热电偶。
[0012]进一步地，在Rijke管侧部，且沿其长度方向间隔开设有多个圆孔，各圆孔内均安装有压力传感器。
[0013]进一步地，该Rijke管采用氧化锆材质。
[0014]本专利技术具有如下优点：1.采用感应电源、感应线圈感应和石墨加热网加热，石墨加热网可达到3000K的高温，通过气流后，产生较大幅值的压强振荡。2.在氮气保护环境下加热，石墨加热网不易被氧化。3.Rijke管采用氧化锆材质，可以承受较高的温度，避免因为加热温度过高导致Rijke管壁烧蚀。
附图说明
[0015]图1为一种大振幅热声不稳定振荡实验系统的结构示意图；
[0016]图2是本专利技术中热电偶及压力传感器排布结构示意图；
[0017]图3是本专利技术中石墨加热网和隔热环的结构示意图；
[0018]其中：1.进气口，2.缓冲室，3.Rijke管，4.感应线圈，5.感应电源，6.测温孔，7.热电偶，8.压力传感器，9.石墨加热网，10.隔热环。
具体实施方式
[0019]本专利技术一种大振幅热声不稳定振荡实验系统，振幅达1000Pa，如图1、2和3所示，包括：Rijke管3，其一端开口，一端封闭，开口端为进气端；在Rijke管3内，且靠近进气端，平行于Rijke管3的纵切面放置有一石墨加热网9，石墨加热网9为圆饼状，其上布设多个开孔，用于气体流动；在石墨加热网9的外侧壁一周环套有隔热环10，隔热环10的外侧壁与Rijke管3的内壁紧密贴合。Rijke管3采用氧化锆材质。
[0020]在Rijke管3外壁上套设有一感应线圈4，感应线圈4与感应电源1相连接，供电后，感应线圈4用于加热石墨加热网9。感应线圈4和感应电源5组成了高频感应电源系统。
[0021]在Rijke管4内通入气体，且石墨加热网9加热Rijke管4时，Rijke管4内用于提供热声不稳定环境。
[0022]该Rijke管3的进气端与一阻尼室2相连通，且阻尼室2的直径大于Rijke管3的直径；在阻尼室2的前端开设有进气口1，进气口1用于与气体供给装置相连接。
[0023]在Rijke管3上，且沿其长度方向间隔开设有多个测温孔6，各测温孔6内均各安装有一热电偶7。在Rijke管3不同位置设置温度和压力测点，用以获得振荡幅值的影响因素以及它的变化规律。
[0024]在Rijke管3侧部，且沿其长度方向间隔开设有多个圆孔，各圆孔内均安装有压力传感器8。在管道不同位置设置温度和压力测点，用以获得振荡幅值的影响因素以及它的变
化规律。
[0025]本专利技术中的一种大振幅热声不稳定振荡实验系统用于热声不稳定实验。通过瑞利准则：加热装置附近的管内空气受热后膨胀密度变小，向上运动与管壁接触后，温度又降低，密度变大。这一周期性的过程导致管内空气密度的周期性分布，在管道内产生压强振荡，进而用于推进剂实验，观察推进剂在振荡环境下的性质。
[0026]具体的，本专利技术提供了一种高温的热声振荡系统，具体分为三个部分，一是阻尼室2，二是Rijke管3，三是石墨加热网9、感应线圈4和感应电源5。感应电源5的功率可以达到100KW，试验过程中根据需要进行调节。石墨加热网9外侧一周环向包裹隔热环10，放入距离进气端口的四分之一管长处。
[0027]为了防止Rijke管3受热变形损坏，采用氧化锆耐高温材料。氧化锆能够承受1600K的高温，配合隔热环10，可以起到很好的隔热效果，可以确保Rijke管在加热的过程中不会炸裂。
[0028]为了避免石墨加热网9加热过程中因为高温被迅速氧化，在Rijke管3进气端连通阻尼室2，实验进行过程中由阻尼室的端部通入氮气。加热过程在氮气环境中进行，可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大振幅热声不稳定振荡实验系统，其特征在于，包括：Rijke管(3)，其一端开口，一端封闭，开口端为进气端；在所述Rijke管(3)内，且靠近进气端，平行于所述Rijke管(3)的纵切面放置有一石墨加热网(9)，所述石墨加热网(9)为圆饼状，其上布设多个开孔，用于气体流动；在所述石墨加热网(9)的外侧壁一周环套有隔热环(10)，所述隔热环(10)的外侧壁与所述Rijke管(3)的内壁紧密贴合；在所述Rijke管(3)外壁上套设有一感应线圈(4)，所述感应线圈(4)与感应电源(1)相连接，供电后，所述感应线圈(4)用于加热所述石墨加热网(9)；在所述Rijke管(4)内通入气体，且所述石墨加热网(9)加热所述Rijke管(4)时，所述Rijke管(4)内用于提供热声不稳定环境。2.根据权利要求1所述的一种大...

【专利技术属性】
技术研发人员：敖文，张纲锤，文瞻，章宇，刘佩进，吕翔，金秉宁，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：