[发明专利]一种燃烧不稳定性电磁诊断与调控系统及方法

说明书

本发明公开了一种燃烧不稳定性电磁诊断与调控系统及方法，所述诊断与调控系统包括：供气系统，脉动燃烧系统，高压电源系统和测量系统。燃气和空气由供气系统调节供给，在脉动燃烧器预混室中均匀混合，在燃烧室进口处由电火花点火器引燃，形成一种不稳定燃烧现象—脉动燃烧。燃烧室进出端口置有铜板环形电极并与高压电源系统连接，通过调节高压电源对脉动火焰施加不同电场作用。利用压力传感器，热电偶及高速相机实时检测脉动火焰状态，并与微安电流表获得的电流信号对比分析，实现脉动燃烧的电磁诊断。同时，外加电场的施加也可以有效调控脉动燃烧的频率和振幅。本发明创新性地提出了一种灵敏度高，响应快的新型燃烧不稳定性电磁诊断与调控方法。

技术领域

本发明涉及一种燃烧不稳定性电磁诊断与调控系统及方法，属于燃烧不稳定性诊断与调控领域。

背景技术

燃烧不稳定性问题是由于燃烧产生的非定常热释放和声波相互耦合放大而导致的一种不稳定现象，常常发生于航空发动机燃烧室以及加力燃烧室，火箭发动机推力室，以及冲压发动机燃烧室当中。燃烧中不稳定性会产生一系列有害影响，如噪声、结构振动、机械部件疲劳、熄火、受热面烧损等，是火箭和飞行器发动机、工业设备工作中的致命故障。

目前，国内外解决燃烧室中燃烧不稳定现象的主要方法是通过对燃烧室的结构参数进行调整，或者在燃烧室内增加相应的燃烧不稳定性抑制结构，如布置声腔，隔板等。这些方法多属于被动控制方法，是从根本上控制燃烧不稳定现象的方法，但它通常只对特定设备有效，且调节范围有限，面对实际运行过程中复杂、宽广的燃烧工况，主动适应能力十分有限。同时，这些方法多是通过改变传统的流动，燃料扩散过程来影响燃烧不稳定现象，调控的响应速度有限。然而，不稳定燃烧具有高度敏感性，很容易受到干扰而发生改变，导致在实际运行中，传统的被动控制方案很难实时针对不断变化的燃烧不稳定现象施加及时、充分、有效的控制。

同时，上述传统的调控思路多是基于燃烧火焰是一种的发光发热的化学反应过程而开展的。近年来，越来越多的学者开始关注到火焰的弱等离子体特性，并对火焰的基础电学特性开展了大量的研究，明确了火焰中存在大约10⁹-10¹² 个/cm³的带电粒子。如果对火焰施加一定的电场作用，会对火焰中带电粒子形成电场力作用，进而影响火焰的燃烧状态。由于施加电场的调节可以非常快速且多样化，能非常灵活且迅速的对多变的燃烧不稳定现象进行针对性的有效调节，因此，利用外加电场方法引入新的物理作用过程来诊断和调控燃烧不稳定现象，具有十分可观的应用前景。本发明一种燃烧不稳定性电磁诊断与调控系统及方法正是基于上述研究现状和背景提出来的。

发明内容

本发明针对上述描述的燃烧不稳定现象，为实现燃烧不稳定性的有效调控，弥补现有调控技术的不足，基于火焰弱等离子体特性，提供了一种新型燃烧不稳定性电磁诊断与调控系统及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种燃烧不稳定性电磁诊断与调控系统及方法，包括供气系统，脉动燃烧系统，高压电源系统以及测量系统：供气系统由左右高压燃气气瓶，燃气调节阀，燃气流量计和高压空气气瓶，空气调节阀，空气流量计组成；脉动燃烧系统由脉动燃烧器，电火花点火器和点火控制器组成。其中，脉动燃烧器为石英玻璃制，分为预混室，燃烧室和尾管三部分。高压电源系统由环形铜板电极，微安电流表，保护电阻，示波器及高压电源组成；测量系统由高速相机，K型热电偶，高精度压力传感器，虚拟信号转换器和计算机组成。整套系统中，左右高压燃气气瓶通过布置有调节阀和流量计的供气管路与脉动燃烧器预混室侧壁面相连，高压空气气瓶则与脉动燃烧器预混室端面相连。脉动燃烧器分为预混室，燃烧室和尾管三部分。电火花点火器置于燃烧室进口处，并与点火控制器相连。环形铜板电极置于燃烧室进出口两端，并与微安电流表，保护电阻和高压电源串联形成回路，示波器与高压电源并联。K型热电偶置于尾管出口处，高精度压力传感器置于预混室靠近燃烧室一侧，两种测量设备与微安电流表都与虚拟信号转换器相连，虚拟信号转换器进一步接入计算机。高速相机单独聚焦于脉动燃烧器燃烧室，拍摄频率为1000fps以上。