环形燃烧室周向声激励下的旋流火焰响应特征研究

Combustion instability is one of the major problems in the development of modern low-emission aero-engine combustors. As the acoustic waves propagating in different modes inside annular combustors, they cause flow disturbances acting on the flame and thus generate heat release rate fluctuations. Early works on combustion instability usually focused on single-sector combustors with the dominant acoustic modes being in the longitudinal direction, and therefore they cannot reflect the flame response to azimuthal acoustic waves as in annular combustors. This research program proposes to set up an annular combustor test facility to study the flame response by forcing azimuthal acoustic modes of the combustor. Besides, linear acoustic analysis and CFD simulations are also employed in the program to analyze the conversion of acoustic waves to flow disturbances and the heat release responses of multiple swirling flames. The research emphasizes on the azimuthal effect in both the acoustic-vortex interaction and the flame response. The findings from the combined experimental, analytical and numerical research can help to deepen the current knowledge on combustion instabilities in annular combustors.

燃烧不稳定性问题是民用航空发动机低排放燃烧室研制中迫切需要解决的关键技术之一。在环形燃烧室中，复杂的声振模态会在几何空间中形成不同的流动扰动作用于火焰，并使旋流火焰产生复杂的热声响应。而以往基于单头部燃烧室开展的燃烧不稳定性研究无法考虑周向因素，因此不能真实表征环形燃烧室中的燃烧不稳定性机制。在此背景下，本项目拟搭建一个环形燃烧室实验器，采用声学外激的方式模拟环形通道中的声振模态，并配合采用声学线性分析与计算流体力学的方法，研究声扰动与流动扰动的转化关系，以及多个旋流火焰对扰动的释热响应特征，特别是重点关注具有周向分布特征的声-涡耦合、释热率脉动规律。通过这一研究，帮助人们加深对环形燃烧室燃烧不稳定性机理的认识。

燃烧不稳定性问题是民用航空发动机低排放燃烧室研制中迫切需要解决的关键技术之一。在环形燃烧室中，复杂的声振模态会在几何空间中形成不同的流动扰动作用于火焰，并使旋流火焰产生复杂的热声响应。而以往基于单头部燃烧室开展的燃烧不稳定性研究无法考虑周向因素，因此不能真实表征环形燃烧室中的燃烧不稳定性机制。在此背景下，本项目搭建了环形燃烧室实验器，实现了燃烧室自激发的热声振荡，并分析了燃烧室环形通道中的声振模态、火焰与声模态的作用机制，并配合采用声学线性分析与计算流体力学的方法，研究声扰动与流动扰动的转化关系，以及多个旋流火焰对扰动的释热响应特征，特别是重点关注具有周向分布特征的声-涡耦合、释热率脉动规律。通过本项目研究，加深了对环形燃烧室燃烧不稳定性机理的认识。