燃气燃烧热声不稳定研究进展
王子豫1
朱彤1
潘登2
林瑜2
沈婷2
1.同济大学机械与能源工程学院,上海 2000922.美的集团,广东 广州 528000
摘要：热声不稳定性是由燃烧系统中热释放率脉动与声学振荡相互耦合引发的一种自激振荡现象,广泛存在于燃气轮机、航空发动机、工业燃烧器及燃气热水器等能源动力装置中.在低碳能源转型背景下,天然气消费量快速增长,氮氧化物排放标准日益严格,燃烧系统常在偏离化学当量比的贫燃、预混等低排放工况下运行,导致热声不稳定现象频发,表现为剧烈的压力振荡、火焰脉动与噪声增强,严重影响设备运行安全与使用寿命.该综述系统梳理了燃气燃烧热声不稳定性的振荡机理、诱发因素、非线性动力学行为、研究现状与控制策略等方面的研究进展.首先,从经典瑞利准则出发,阐述了热声耦合的能量正反馈机制,并分类讨论了亥姆霍兹型、纵向模态、周向模态及本征热声模态等典型振荡类型的特征与成因.针对非线性行为,进一步分析了极限环振荡、拍振现象及间歇性振荡等动态行为的物理机制,并介绍了基于火焰传递函数和火焰描述函数的建模方法及其在非线性振荡预测中的应用.系统归纳了当前燃气热声不稳定领域的试验诊断技术(如高频压力测量、粒子图像测速、平面激光诱导荧光、化学发光成像等)、数值模拟方法(包括大涡模拟、低阶网络模型、亥姆霍兹求解器等)以及主动与被动控制策略(如声学阻尼器、燃料调制、等离子体激励等)的研究进展.最后,对当前研究中的挑战与未来发展方向进行了展望,指出需在低碳燃料燃烧机理、多尺度智能建模、高精度试验诊断及智能控制等方面进一步突破,以推动低排放、高稳定性燃烧系统的设计与优化.
关键词：燃气燃烧热声不稳定振荡模态控制策略试验诊断数值模拟
分类号：TK16(热能、热力工程)
资助基金：国家自然科学基金(51976140)
论文发表日期：2026-01-31
在线出版日期：2026-03-20（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：16( 56-71 )
英文信息