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[摘 要 ] Rijke管型脉动燃烧器具有燃烧效率高、传热效率高、污染小等独特优势,因此,在锅炉和航空领域引起了广泛的关注.但是Rijke管的起振机理和自激振荡过程的控制十分复杂,使得起振温度的计算十分困难.文章根据文献中对Rijke管振荡机理的解释,经过进一步的推导和近似处理,得到了Rijke管起振温度表达式.结果表明起振温度随流量的改变有一最大值,而且Rijke管内流量只有满足一定条件时才能产生振荡.这对研究Rijke管型脉动燃烧器,以及热声热机的起振特性具有重要的理论和实用价值.

[关 键 词 ] Rijke管型脉动燃烧器;热声效应;起振温度

[作者简介] 楚攀,中国能源建设集团广东省电力设计研究院工程师,博士,研究方向:电力工程勘探设计,广东 广州,510663

[中图分类号] TK223 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723(2012)08-0028-0004

自发现热声现象200多年以来,热声振荡的机理一直是人们在探索的基本问题.1887年,Rayleigh首先对热声效应进行了定性的解释[1].他指出:在声波传递介质中,如果在其稠密的时候向其提供热量,而在其稀疏的时候从其中提取热量,则声振动会加强,反之,则声波会得到衰减,这被称为Rayleigh准则.但是,Rayleigh准则只是解释了如何维持热声振荡,对热声自激振荡的详细过程没有给出解释.

后来Rott[2]和Swift[3][4]等人经过对热声现象的定量分析,提出了“临界温度梯度”.1998年,Zhou等人发现了热声发动机的起振温度总是低于起振温度[5].接下来,Chen等人在此基础上,进一步揭示了热声振荡“滞后回路”现象[6].2007年, He等人经过详细的实验研究,进一步证实了这种滞后回路现象,并且还发现了“二次起振现象”[7].2006年,Qiu等人还发现采用充放气的方式,可以大大降低系统的起振温度和消振温度[8].热声振荡现象的发现大大推进了对热声起振机理的认识,但是热声自激振荡属于强烈的非线性问题,对起振温度的决定因素仍需要做进一步的研究.

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刘继平等人通过研究气体的密度和动力粘度随温度的变化,发现了管内加热的气体流动会出现奇异性[9].并通过考察压损与流量关系,发现在一定的流动和换热条件下,压损流量特性曲线存在两个极值,当流量在这两个极值之间时,压损对流量的导数为负,这将产生不稳定性,从而导致Rijke管内发生振荡,对热声振荡机理做了新的解释[10].后来,邱利民等人在此基础上,进一步解释了热声系统的起振机理[11].根据以上解释,本文通过进一步的理论推导和近似处理,对Rijke管的起振温度进行研究,得到Rijke管起振温度表达式,为Rijke管型脉动燃烧器自激振荡过程的控制和起振温度的计算提供参考.

二、起振温度

三、结果与分析

四、结 论

本文根据文献中对Rijke管振荡机理的解释,经过进一步的推导,得到了Rijke管起振温度的表达式,起振温度随流量

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M/Mc的改变有一最大值,同时起振温度还随气体粘度和导热系数的幂指数的增大而减少.并发现Rijke管产生热声振荡,流量M/Mc必须满足一定的条件,只有当M/Mc值在一定范围内,Rijke管才有可能起振.


该文来源:http://www.eduxue.com/cankao/425191.html

[参考文献]

[1]Rayleigh JWS. The Theory of Sound,2rev Edition[M].UK:Dover Publications, 1945.

[2]Rott N T. Thermoacoustics.Advances in Applied Mechanics, 1980, 20: 135.


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[3]Swift G W. Thermoacoustic engines.J Acoust Soc Am, 1988, 84: 1145.

[4]Swift G W. Analysis and performance of a large thermoacoustic prime mover. Cryogenics, 1992.

[5]Zhou SL, Matsubara Y. Experimental research of thermoacoustic prime mover[J].Cryogenics, 1998, 38: 813-822.

[6]Chen GB, Jin T. Experimental investigation on the onset and damping behavior of the oscillation in a thermoacoustic prime mover[J].Cryogenics, 1999, 39.

[7]刘迎文,何雅玲,沈超,等.热声系统中振荡滞后特性的试验研究[J].工程热物理学报, 2007, 28 (3).

[8]Qiu LM, Sun DM, Tan YX, et al. Effect of pressure disturbance on onset processes in thermoacoustic engine[J].Energy Conversion and Management, 2006, 47.

[9]刘继平,严俊杰,邢秦安,等.管内受热气体层流流动热不稳定性理论研究[J].工程热物理学报,1998,19(6).

[10]刘继平,严俊杰,林万超,等. Rijke管内热声振荡机理的一种新解释[J].西安交通大学学报,2001,35(3).

[11]欧阳录春,邱利民,张武,等.热声系统起振机理的初步研究[J].低温工程,2002,(5).

[12]童景山,李敬.流体热物理性质的计算[M].北京:清华大学出版社,1982.

参考文献:

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