【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空发动机、工业燃气轮机热声振荡领域，具体涉及了一种研究热声振荡及其主动控制的环形燃烧装置。
技术介绍
1、热声振荡是由于非稳态压力脉动和热释放速率的同相耦合引起的，当热声振荡发生时，燃烧室内压力呈现高振幅的极限环振荡。这种压力振荡会在燃烧室壁面造成周期性的热负荷并引发机械振动，导致发动机性能的降低，并可能使燃气轮机的硬件毁坏，严重制约了先进发动机燃烧室的发展。
2、热声振荡的产生机理会因不同的燃烧室结构和工况发生变化，目前普遍接受的是当量比脉动和速度脉动。当量比脉动即当量比不均匀，也就是燃料和氧化剂的混合不均匀所致，这与预混气体的进气方式有着直接的关系。速度脉动即速度不均匀，也与预混气体的进气方式息息相关。因此，能否改善预混气体进气方式将对热声振荡的发生有着重要影响。
3、热声振荡的抑制方法主要分为两种：被动抑制和主动控制。被动抑制方法包含声腔和隔板等，但这种方法往往局限于特定燃烧室的单一频率，且开发周期长，费用昂贵。主动控制方法的核心在于打破压力脉动和热释放速率之间的耦合关系，需要通过电磁阀和算法来实现，并且对这些执行机构的快速响应要求很高。
4、为了使燃气轮机克服热声振荡的困扰，首先需要开发一种能够产生热声振荡的试验装置，从而可以对热声振荡的产生机理进行详细的研究；其次，需要开发简单的热声振荡主动控制系统，通过简单的控制使得热声振荡的压力振荡幅值降低到工业上可以接受的水平。上述几个方面成为现有技术亟待解决的问题。
5、基于此，本专利技术提出了一种研究热声振荡及其
技术实现思路
1、为了解决现有技术中的上述问题，即现有技术局限于特定燃烧室的单一频率，且开发周期长，费用昂贵的问题，本专利技术提供了一种研究热声振荡及其主动控制的环形燃烧装置，包括燃烧室、燃烧器上板、支撑架、喷嘴内芯、燃烧器直管、二次喷嘴、旋流器和蜂窝器；
2、所述燃烧室与所述燃烧器上板同轴固定，所述燃烧器上板和所述支撑架同轴固定，所述支撑架与外部光学平台固定，所述燃烧器上板上安装有多个环形阵列的燃烧器直管的一端，所述燃烧器直管的另一端与紧固件可拆卸固定连接；
3、所述燃烧器直管内同轴设置有能够沿其移动的喷嘴内芯，所述喷嘴内芯的一端的内表面与二次喷嘴可拆卸固定连接，所述二次喷嘴用于喷射流经所述喷嘴内芯的气源，所述喷嘴内芯的另一端外接气源；
4、所述燃烧器直管与分流环机构密封连通，所述分流环机构用于通入预混气体；
5、所述喷嘴内芯的一端的外表面与旋流器螺纹连接，所述旋流器上设置有多个叶片，所述喷嘴内芯的外表面与所述燃烧器直管的内表面之间安装有蜂窝器，所述蜂窝器用于增加预混气体进气的平稳性。
6、在一些优选的实施方式中，所述紧固件包括紧固螺栓和紧固螺母；
7、所述燃烧器直管的另一端与所述紧固螺栓同轴固定，所述紧固螺栓与所述紧固螺母螺纹连接。
8、在一些优选的实施方式中，所述二次喷嘴的上表面轴向均匀开设有多个喷孔，所述喷孔用于向所述燃烧室喷射气源。
9、在一些优选的实施方式中，所述燃烧器上板上开设有点火器孔，所述点火器孔用于外接点火器。
10、在一些优选的实施方式中，所述燃烧器上板上开设有压力传感器安装孔，所述压力传感器安装孔用于外接高频压力传感器。
11、在一些优选的实施方式中，所述燃烧器直管上，沿其周向方向开设有多个燃烧器直管进气孔，所述燃烧器直管进气孔用于使所述预混气体流入所述燃烧器直管。
12、在一些优选的实施方式中，所述分流环机构包括至少两个连通的分流环，所述分流环与分流环螺母同轴固定，所述分流环螺母与所述燃烧器直管的外表面螺纹连接，最下方的分流环外接有分流环接头，最上方的分流环覆盖所述燃烧器直管进气孔，所述分流环接头用于连接预混气体气源。
13、在一些优选的实施方式中，所述喷嘴内芯的另一端与喷嘴内芯接头可拆卸固定，所述喷嘴内芯接头外接气源。
14、在一些优选的实施方式中，所述燃烧室为石英玻璃燃烧室。
15、本专利技术的有益效果：
16、本专利技术在热试车过程中可以产生热声振荡，从而可以进行热声振荡产生机理的研究，采用石英玻璃燃烧室便于进行光学可视化观测，高频压力传感器可以采集压力脉动数据，可用于热声振荡的模态判断。
17、本专利技术模块化程度高，可以进行热声振荡的参数化研究。在结构参数方面，二次喷嘴和旋流器与喷嘴内芯螺纹安装，因此便于更换，可研究不同旋流角度，二次喷嘴喷孔角度对热声振荡的影响。通过调节紧固螺母的松紧，可以实现喷嘴内芯的轴向移动，从而可以改变缩进距离，可研究不同缩进距离对热声振荡的影响。在工况参数方面，每个喷嘴的流量都是单独控制，因此可以研究不同当量比，不同推进剂空间分布，不同旋流器流量，不同二次喷嘴流量对热声振荡的影响。分流环接口外接预混甲烷/空气气体，喷嘴内芯接头外接气源、可以为甲烷、空气、氢气、氮气等，可以研究燃料组成对热声振荡的影响。
18、最后，在燃烧形式方面，该燃烧装置可以实现两种不同的燃烧形式，当分流环接口外接预混气体时，此时为预混燃烧；当去掉二次喷嘴后，分流环接口外接一种气体，喷嘴内芯接头外接另一种气体，则此时为非预混燃烧，因此可以研究燃烧形式对热声振荡的影响。
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1.一种研究热声振荡及其主动控制的环形燃烧装置，其特征在于，包括燃烧室（1）、燃烧器上板（2）、支撑架（3）、喷嘴内芯（4）、燃烧器直管（5）、二次喷嘴（9）、旋流器（10）和蜂窝器（11）；
2.根据权利要求1所述的一种研究热声振荡及其主动控制的环形燃烧装置，其特征在于，所述紧固件包括紧固螺栓（6）和紧固螺母（7）；
3.根据权利要求1所述的一种研究热声振荡及其主动控制的环形燃烧装置，其特征在于，所述二次喷嘴（9）的上表面轴向均匀开设有多个喷孔（91），所述喷孔（91）用于向所述燃烧室（1）喷射气源。
4.根据权利要求1所述的一种研究热声振荡及其主动控制的环形燃烧装置，其特征在于，所述燃烧器上板（2）上开设有点火器孔（22），所述点火器孔（22）用于外接点火器。
5.根据权利要求1所述的一种研究热声振荡及其主动控制的环形燃烧装置，其特征在于，所述燃烧器上板（2）上开设有压力传感器安装孔（23），所述压力传感器安装孔（23）用于外接高频压力传感器。
6.根据权利要求1所述的一种研究热声振荡及其主动控制的环形燃烧装置，其特
7.根据权利要求6所述的一种研究热声振荡及其主动控制的环形燃烧装置，其特征在于，所述分流环机构包括至少三个连通的分流环，所述分流环与分流环螺母（15）同轴固定，所述分流环螺母（15）与所述燃烧器直管（5）的外表面螺纹连接，最下方的分流环外接有分流环接头（16），最上方的分流环覆盖所述燃烧器直管进气孔（51），所述分流环接头（16）用于连接预混气体气源。
8.根据权利要求1所述的一种研究热声振荡及其主动控制的环形燃烧装置，其特征在于，所述喷嘴内芯（4）的另一端与喷嘴内芯接头（8）可拆卸固定，所述喷嘴内芯接头（8）外接气源。
9.根据权利要求1所述的一种研究热声振荡及其主动控制的环形燃烧装置，其特征在于，所述燃烧器直管（5）在所述燃烧器上板（2）的中心和所述燃烧器上板（2）的周向方向均匀设置多个。
10.根据权利要求1所述的一种研究热声振荡及其主动控制的环形燃烧装置，其特征在于，所述燃烧室（1）为石英玻璃燃烧室。
...【技术特征摘要】
1.一种研究热声振荡及其主动控制的环形燃烧装置，其特征在于，包括燃烧室（1）、燃烧器上板（2）、支撑架（3）、喷嘴内芯（4）、燃烧器直管（5）、二次喷嘴（9）、旋流器（10）和蜂窝器（11）；
2.根据权利要求1所述的一种研究热声振荡及其主动控制的环形燃烧装置，其特征在于，所述紧固件包括紧固螺栓（6）和紧固螺母（7）；
3.根据权利要求1所述的一种研究热声振荡及其主动控制的环形燃烧装置，其特征在于，所述二次喷嘴（9）的上表面轴向均匀开设有多个喷孔（91），所述喷孔（91）用于向所述燃烧室（1）喷射气源。
4.根据权利要求1所述的一种研究热声振荡及其主动控制的环形燃烧装置，其特征在于，所述燃烧器上板（2）上开设有点火器孔（22），所述点火器孔（22）用于外接点火器。
5.根据权利要求1所述的一种研究热声振荡及其主动控制的环形燃烧装置，其特征在于，所述燃烧器上板（2）上开设有压力传感器安装孔（23），所述压力传感器安装孔（23）用于外接高频压力传感器。
6.根据权利要求1所述的一种研究热声振荡及其主动控制的环形燃烧装置，其特征在于，所述燃...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹炜，顾福涛，郭康康，仝毅恒，林伟，杨凯淇，蔡开元，马瑞荣，黄卫东，聂万胜，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事航天部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：
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