结合系统辨识的甲烷掺氢预混火焰热声稳定性研究

摘要：

为了研究甲烷掺氢燃料对燃气轮机燃烧室热声振荡特性的影响,利用计算流体动力学结合系统辨识(CFD-SI)的方法对某旋流预混燃烧室进行了数值研究.在非定常CFD模拟中提取上游速度与火焰整体热释放率波动的时间序列,并通过相关性分析进行系统辨识,获取了不同甲烷掺氢比下的火焰传递函数(FTF),并结合低阶网络模型对燃烧室热声不稳定性进行了分析.结果表明,随着体积掺氢比的提高,火焰逐渐由"V"形变为"M"形,燃烧器出口处的涡结构先形成后消失,这导致了燃烧室热声振荡特性的改变.在体积掺氢比低于30％时,火焰响应不发生较大变化,燃烧室振荡频率小幅提高;当掺氢比在30％～60％时,火焰对低频的响应逐渐增强,对高频响应先增强后减弱,燃烧室在200 Hz附近热声模态的振荡消失,火焰稳定性增强,但高频纯声学模态被激发;而当掺氢比达到60％时,燃烧室内重新出现热声模态的振荡.对于以天然气作为燃料的燃气轮机,适当的掺氢比能改善燃烧室内的热声不稳定性,但氢气加入会更容易激发燃烧室的高频纯声学模态,使其在高频范围内出现振荡.

关键词：甲烷掺氢、热声振荡、火焰传递函数、低阶网络模型

所属期刊栏目：57

分类号：TK40(内燃机)

资助基金：国家科技专项资助项目J2019-Ⅲ-0020-0064

在线出版日期：2023-07-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：142-151