一种高频激励放电中心等离子体抑制燃烧压力脉动的方法技术

一种高频激励放电中心等离子体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。本发明专利技术用等离子体作为一种动态、主动的方式调控燃烧室在一定工况下燃烧过程中出现的压力脉动状态。本发明专利技术在燃烧室的火焰根部产生等离子体，使得火焰动态地受到等离子体的影响而受气流扰动的影响减小，释热稳定性相应得到提高，并且火焰热释放的相位和频率得到调整，使得燃烧室脉动能量的放大程度减小，热声振荡的条件被破坏，进而实现燃烧室内压力脉动的减小甚至消失。

A High Frequency Excited Discharge Center Plasma Method for Suppressing Combustion Pressure Fluctuation

【技术实现步骤摘要】
一种高频激励放电中心等离子体抑制燃烧压力脉动的方法
本专利技术涉及一种抑制燃烧压力脉动的方法。
技术介绍
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。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。
技术实现思路
本专利技术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抑制燃烧压力脉动的方法。本专利技术的高频激励放电中心等离子体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，金属电极与燃烧室外部的电源的输出端连接，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，启动燃烧室外部的电源，令金属电极在燃烧室内部产生等离子体放电，并作用于燃烧室内部发生热声振荡火焰的根部，调节等离子体的放电频率为火焰脉动频率的整数倍(1kHz-50kHz)，同时调节等离子体的放电强度，实现燃烧室内压力脉动的抑制。本专利技术在燃烧室的火焰根部产生等离子体使得火焰动态地受到等离子体的热效应、化学效应和电磁效应的影响而受气流扰动的影响减小，释热稳定性相应得到提高，并且火焰热释放的相位和频率得到调整，使得燃烧室脉动能量的放大程度减小，热声振荡的条件被破坏，进而实现燃烧室内压力脉动的减小甚至消失。本专利技术的优点是：相比于传统主动控制如机械阀门等作动方式，本专利技术利用等离子体作为一种新型的主动控制方式，由于其自身的高频作动特性(通常为上千赫兹)，能够完美的解决传统主动控制手段的频率限制、以及作动时间延迟和存在机械损失等问题。从现象上看，启动等离子体可看到燃烧室内火焰能够明显被吸附于电极附近，火焰形态稳定，受气流扰动影响小。通过采用不同的电极形式、连接不同的电源，调节不同的参数可以获得一系列影响程度不同的燃烧室压力脉动抑制、减缓效果。对于一个动态燃烧压力脉动，具有良好的反馈调节实施条件，通过调节各项相关参数，实现最佳压力脉动的抑制、减缓效果。本专利技术对于一个在燃烧室内满足热声振荡条件的火焰，在其根部处施加等离子体放电，能够显著改变火焰热释放规律，从而打破燃烧室内部火焰热释放与声压之间原有的、满足热声振荡的形成条件，实现热声振荡现象的减缓，压力脉动得到抑制，并且压力脉动幅度能够减缓为之前的十分之一。附图说明图1为试验一中高频激励放电中心等离子体抑制燃烧压力脉动的方法示意图；图2为试验二中高频激励放电中心等离子体抑制燃烧压力脉动的方法示意图；图3为试验三中高频激励放电中心等离子体抑制燃烧压力脉动的方法示意图；图4为图3中区域A的放大图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式为一种高频激励放电中心等离子体抑制燃烧压力脉动的方法，具体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，金属电极与燃烧室外部的电源的输出端连接，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，启动燃烧室外部的电源，令金属电极在燃烧室内部产生等离子体放电，并作用于燃烧室内部发生热声振荡火焰的根部，调节等离子体的放电频率为火焰脉动频率的整数倍(1kHz-50kHz)，同时调节等离子体的放电强度(通过调整电压)，实现燃烧室内压力脉动的抑制。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的金属电极为金属悬浮单电极，金属悬浮单电极的下端与燃烧室外部的电源的输出端连接，以无穷远处作为地电极。其他与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的金属电极为金属双电极，一对金属双电极安装在火焰的根部附近，呈相对布置，金属双电极的两个电极分别与燃烧室外部的电源的输出端和地线相连接。其他与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的金属电极为DBD电极，所述的DBD电极由两个圆形金属薄片和一个对应尺寸的石英块组成，两个圆形金属薄片呈相对布置，石英块布置在两个金属薄片中且粘连在一个圆形金属薄片上，粘连有石英块的圆形金属薄片作为高压电极端，与燃烧室外部的电源的输出端连接；另一金属薄片作为地端与地线相连接。其他与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述的电源为脉冲电源、低温等离子体电源或直流交流耦合电源。其他与具体实施方式四相同。用以下试验对本专利技术进行验证：试验一：本试验为一种高频激励放电中心等离子体抑制燃烧压力脉动的方法，如图1所示，具体是按以下步骤进行的：将金属单电极2置于燃烧室1入口的中心处，金属单电极2与燃烧室1外部的电源5的输出端连接，向燃烧室1内通入甲烷-空气的混和气体6并点燃，当燃烧室1内产生热声振荡现象并伴随一定程度压力脉动时，启动燃烧室外部的电源5，金属单电极2在燃烧室1内部产生等离子体放电，并作用于燃烧室1内部发生热声振荡火焰7的根部，调节等离子体的放电频率为火焰脉动频率的整数倍，同时调节等离子体的放电强度，实现燃烧室内压力脉动的抑制；所述的金属单电极2的下端与燃烧室1外部的电源5的输出端连接；所述的电源5为脉冲电源；3号为喷射管，4为收缩部分；本试验在燃烧室1发生一定程度的热声振荡之后，打开电源5在金属电极2处产生等离子体作用于脉动火焰7的根部，调节等离子体的频率为火焰脉动频率的倍数，使得火焰7受到等离子体的热效应、化学效应和电磁效应影响而令其受气流流动扰动的影响减小，释热稳定性相应得到提高；并且火焰7热释放规律得到调整，使得燃烧室1脉动能量的放大程度减小，即流场波动影响燃烧放热率波动的通路被隔断，进而实现燃烧室1内压力脉动的减小甚至消失。试验二：本试验为一种高频激励放电中心等离子体抑制燃烧压力脉动的方法，如图2所示，具体是按以下步骤进行的：将金属双电极8置于燃烧室1入口的中心处，金属双电极8分别与燃烧室1外部的电源5的输出端和地电极连接，向燃烧室1内通入甲烷-空气的混和气体6并点燃，当燃烧室1内产生热声振荡现象并伴随一定程度压力脉动时，启动燃烧室外部的电源5，金属双电极8在燃烧室1内部产生等离子体放电，并作用于燃烧室1内部发生热声振荡火焰7的根部，调节等离子体的放电频率为火焰脉动频率的整数倍，同时调节等离子体的放电强度，实现燃烧室内压力脉动的抑制；所述的电源5为低温等离子体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高频激励放电中心等离子体抑制燃烧压力脉动的方法，其特征在于高频激励放电中心等离子体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，金属电极与燃烧室外部的电源的输出端连接，向燃烧室内通入气体并点燃，当燃烧室内产生压力脉动时，启动燃烧室外部的电源，金属电极在燃烧室内部产生等离子体放电，并作用于燃烧室内部发生热声振荡火焰的根部，调节等离子体的放电频率为火焰脉动频率的整数倍，同时调节等离子体的放电强度，实现对燃烧室内压力脉动的抑制。

【技术特征摘要】
1.一种高频激励放电中心等离子体抑制燃烧压力脉动的方法，其特征在于高频激励放电中心等离子体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，金属电极与燃烧室外部的电源的输出端连接，向燃烧室内通入气体并点燃，当燃烧室内产生压力脉动时，启动燃烧室外部的电源，金属电极在燃烧室内部产生等离子体放电，并作用于燃烧室内部发生热声振荡火焰的根部，调节等离子体的放电频率为火焰脉动频率的整数倍，同时调节等离子体的放电强度，实现对燃烧室内压力脉动的抑制。2.根据权利要求1所述的一种高频激励放电中心等离子体抑制燃烧压力脉动的方法，其特征在于金属电极产生的等离子体作用于火焰并影响火焰，且等离子体放电频率应施以火焰脉动主频率的整数倍，动态地影响火焰，使得悬浮火焰吸附于金属电极附近并令火焰脉动对气流扰动的响应程度、火焰热释放的频率与相位规律发生变化，从而打破原先火焰热释放与声压之间满足的热声振荡条件，实现燃烧室内压力脉动的抑制。3.根据权利要求1所述的一种高频激励放电中心等离子体抑制燃烧压力脉动的方法，其特征在于等离子体放电频率的选择依据综合考虑燃烧室热声振荡的主频率为50Hz～200Hz的范围，将等离子体放电频率范围设为1kHz～50kHz。4.根据权利要求1所述的一种高频激励放电中心等离子体抑制燃烧压力脉动的方法，其特征在于等离子体作为一种新型的主动控制方式，本身具备的高频作动特性，响应快、具备闭环反馈实施条件、无机械损耗，能够较好的解决传统控制手段的频率限制、以及作动时间延迟问题。5.根据权利要求1所述的一种高频激...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐井峰，郭宸，杨广薇，朱悉明，翟明，于达仁，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23