[发明专利]一种高频激励放电中心等离子体与侧面等离子体协同抑制燃烧压力脉动的方法

说明书

一种高频激励放电中心等离子体与侧面等离子体协同抑制燃烧压力脉动的方法，涉及一种抑制热声振荡现象中压力脉动的方法。本发明用中心等离子体与侧面等离子体协同作为一种动态、主动的方式调控燃烧室在燃烧过程中出现的压力脉动状态。本发明在燃烧室的火焰根部和侧面产生等离子体，根部等离子体动态地影响火焰热释放的频率与相位规律，使得脉动火焰对气流扰动的响应程度发生变化；火焰侧面施加的等离子体通过一定能量输入吸附火焰主体，改变火焰主释热区相对于燃烧室出口的距离，即令燃烧室内压力脉动从燃烧室出口反射的回传路径长度改变，压力脉动与火焰热释放率的相位差发生变化；两处等离子体协同作用、调节而实现燃烧压力脉动的减缓或抑制。

技术领域

本发明涉及一种抑制燃烧压力脉动的方法。

背景技术

在一定运行工况下，燃烧室内部将产生一些意料之外的不稳定情况，即当声压和非定常热释放之间的相对相位介于+90°和-90°之间，燃烧系统的能量将得到放大。如果此放大的能量大于在燃烧室边界上消散的能量，那么燃烧室的一个振荡周期积累的平均净能量就会增加，并最终导致热声振荡现象的发生。一方面，这种不稳定现象能够促进燃料-空气的掺混，增强混合效果，有利于燃烧的进行；但是另一方面，这会导致额外的压力，流场和火焰的高振幅振荡，热负荷增高，污染物产生加剧，燃烧室和系统的正常工作受一定影响，严重时还会造成系统部件损伤和破坏。

在上式中，u表示粒子速度，p表示压强，ρ为密度，c声速度和q是单位体积的热释放率。等式左边(LHS)项描述了燃烧室容积V中总声能(势能和动能之和)的变化率，等式右边第一项(RHS)表示不稳定热释放和声干扰之间的能量交换，最后一项表示燃烧室的边界表面等因素造成的的能量损失。当声压和非定常热释放之间的相对相位介于+90度和-90度之间，系统的能量就能得到放大。如果由不稳定燃烧所提供的声学能量大于在燃烧室边界上消散的能量，那么燃烧室的一个振荡周期的平均能量就会增加，并最终导致燃烧不稳定的发生。

传统的针对燃烧室内部热声振荡的控制方法主要可分为主动控制与被动控制两种方法。被动控制针对上式右端第二项，控制程度受限较大，往往只在一定范围内的操作条件下有效。主动控制针对上式右端第一项，即通过执行器控制燃烧系统的某些参数，以干扰热释放脉动与声学扰动结合引发热声振荡的条件，具有系统反馈性好，有较好的控制效果，适应性强的优点；但同时传统主动控制(如机械阀门)仍然存在作动频率不足(通常小于100Hz)、作动时间延迟大以及存在机械损失等问题。

发明内容

本发明是要解决现有的抑制燃烧压力脉动的方法存在作动频率不足、作动时间延迟大以及机械损失的技术问题，而提供一种高频激励放电中心等离子体与侧面等离子体协同抑制燃烧压力脉动的方法。

本发明的高频激励放电中心等离子体与侧面等离子体协同抑制燃烧压力脉动的方法是按以下步骤进行的：

将金属电极置于燃烧室入口的中心处，将环形的DBD电极环绕置于燃烧室的侧壁上，且高度位于火焰的四周，金属电极与燃烧室外部的第一电源的输出端连接，环形的DBD电极与燃烧室外部的第二电源的输出端连接，向燃烧室内通入可燃预混气并点燃，当燃烧室内产生热声振荡现象并伴随一定程度的压力脉动时，启动燃烧室外部的第一电源和第二电源，令金属电极和环形的DBD电极在燃烧室内部产生等离子体放电，并分别作用于燃烧室内部发生热声振荡火焰的根部和侧面，调节两个等离子体的放电频率均为火焰脉动频率的整数倍(1kHz-50kHz)，同时调节两个等离子体的放电强度，实现燃烧室内压力脉动的抑制。