[发明专利]火焰稳定器穿孔参数确定方法及装置、径向火焰稳定器

权利要求书

1.一种火焰稳定器穿孔参数确定方法，其特征在于，所述火焰稳定器穿孔参数确定方法适用于加力燃烧室中的径向火焰稳定器；所述加力燃烧室的内壁设置有径向火焰稳定器组件，所述径向火焰稳定器组件包括多个结构相同的径向火焰稳定器，多个所述径向火焰稳定器沿所述加力燃烧室的内壁的周向均匀布置，每个所述径向火焰稳定器具有多个穿孔；所述火焰稳定器穿孔参数确定方法包括：

建立所述径向火焰稳定器组件对周向模态波的声学响应函数，获取所述径向火焰稳定器组件对周向模态波的声学响应函数；

基于所述声学响应函数，获取所述加力燃烧室的热声稳定性模型；

对任一所述径向火焰稳定器预设多组寻优参数，并将多组所述寻优参数分别代入所述热声稳定性模型；

对所述热声稳定性模型中周向模态对应的振荡频率进行求解，根据每组寻优参数对应的求解结果判断所述径向火焰稳定器组件是否能够控制所述加力燃烧室的热声不稳定性；当求解得到的振荡频率的虚部小于零时，则所述径向火焰稳定器组件能够控制所述加力燃烧室的热声不稳定性；

根据能够控制所述加力燃烧室的热声不稳定性的火焰稳定器对应的寻优参数，获得所述火焰稳定器的穿孔参数。

2.根据权利要求1所述的火焰稳定器穿孔参数确定方法，其特征在于，所述寻优参数为穿孔参数，每组寻优参数包括穿孔率和穿孔半径，所述穿孔率的预设值范围为0～0.2，所述穿孔半径的预设取值范围为0.5mm～10mm。

3.根据权利要求2所述的火焰稳定器穿孔参数确定方法，其特征在于，所述建立所述径向火焰稳定器组件对周向模态波的声学响应函数，包括：

将所述加力燃烧室的管道内平均主流作为一轴向均匀主流且流动可压、等熵，在线化假设下，不考虑主流的粘性，在声波入射扰动下径向火焰稳定器组件表面的非定常载荷所产生的次级散射声场用广义Lighthill公式表示为第一关系式：

第一关系式中，为径向火焰稳定器组件表面的非定常载荷分布所产生的次级散射声场；

为观察点的三维坐标；

t为观察点的时间；

G为均匀轴向平均主流条件下的刚壁管道内的Green函数；

T为Green函数方法积分时间，为中间变量；

τ为源点时间，为中间变量；

S(τ)为Green函数方法对应的源点积分面；

y_i为源点坐标系的坐标，为中间变量；

ΔP_s为径向火焰稳定器组件表面的非定常载荷分布；

为Green函数方法对应的源点积分面元；

忽略单极子源项和四极子源项，将所述Green函数代入第一关系式，采用e^-iωt的时间简谐，所述径向火焰稳定器组件产生的次级散射声场满足第二关系式：

所述第二关系式中，

ω为振荡频率或入射扰动频率；

V为所述径向火焰稳定器组件中径向火焰稳定器的个数；

q为周向模态级数求和指标，q＝…,-3,-2,-1,0,1,2,3,…，为中间变量；

n为计算流程中的管道径向模态数；

m为计算流程中的管道周向模态数,m＝m_in-qV；

m_in为入射声波的周向模态数；

φ_m(k_mnr)为管道径向特征函数；

r为观察点柱坐标系径向坐标/方向轴,为中间变量；

k_mn为管道特征值,

k₀为声波对应波数,

c₀为管道内平均主流的平均声速；

M为管道内平均主流的轴向流动马赫数；

β为Prandtl-Glauert系数，

为观察点柱坐标系周向坐标/方向轴，为中间变量；

z为观察点柱坐标系轴向坐标/方向轴，为中间变量；

r′为源点柱坐标系径向坐标/方向轴，为中间变量；

为源点柱坐标系周向坐标/方向轴，为中间变量；

z′为源点柱坐标系轴向坐标/方向轴，为中间变量；

H(x)为Heaviside函数，

α₁为管道模态声波后传/向下游传播的声波轴向波数；

α₂为管道模态声波前传/向上游传播的声波轴向波数；

对应的管道模态声波轴向波数满足第三关系式：

任一径向火焰稳定器表面单个穿孔内的体积流量与当地的非定常载荷分布满足第四关系式：

所述第四关系式中，ρ₀为管道内平均主流的平均密度；

Q为径向火焰稳定器表面单个穿孔内的体积流量；

对单个穿孔内的体积流量做面积平均，则径向火焰稳定器组件声学软壁面对应的物理允许的实际法向透过速度满足第五关系式：

所述第五关系式中，α_H为穿孔的开孔率；

R为穿孔的半径；

记第一入射声波p_i1和第二入射声波p_i2在径向火焰稳定器组件表面产生的法向声质点速度为v_d，非定常载荷形成的散射声场对应的法向声质点速度为则径向火焰稳定器组件表面的声学软边界处满足的速度边界条件为第六关系式：

其中，满足第七关系式：

其中，α₃＝ω/(Mc₀)；

U为管道内平均主流的轴向流动速度；

对管道径向特征函数用有限个周向无穷阶Bessel函数进行展开，获得第八关系式：

第八关系式中，BB为有限径向模态展开系数；

为周向无穷阶Bessel函数；

将第五关系式和第七关系式带入第六关系式之后得到积分方程，采取配点法求解所述积分方程，得到声波入射情况下径向火焰稳定器组件表面的非定常载荷的分布；

将获得的径向火焰稳定器组件表面的非定常载荷的分布代入第二关系式，获得径向火焰稳定器组件表面的非定常载荷所产生的次级散射声场

入射声场为多个正交的管道声模态的叠加，其中每个模态的空间分布满足第九关系式：

所述第九关系式中，为入射声场；

A_mn为入射声波同轴向模态下的模态幅值系数；

将所述次级散射声场叠加入射声场，获得的透射声场为反射声场等于模态轴向传播方向相同的散射声波的分布，为