题目：贫燃预混火焰热声特性及响应特性研究

燃气轮机采用贫燃预混燃烧能减少NOx的排放，但是容易产生燃烧不稳定性问题，从而影响了燃气轮机的性能和寿命。

为深入研究燃烧室燃烧不稳定特性，论文首先描述了用以分析环形燃烧室周向模态和轴向声模态的热声网络分析模型。然后利用火焰传递函数和燃烧室头部阻抗描述了系统的瑞利指数和不稳定增长率，并结合声网络方法分析了燃烧室的声模态；在模型燃烧室试验中，以振荡模态，燃烧热释放和压力脉动响应函数为切入点，研究当量比、来流空气温度、流量、旋流数、分级火焰和进气段长度对于燃烧不稳定性的影响。为研究旋流头部的火焰传递函数特性，文中测量了不同当量比和分级比的火焰热释放分布以及局部传递函数。

声模态分析的结果表明，模型燃烧室不稳定性模态主要有两种模态：进气段模态，燃烧段模态。进气段模态中，燃烧室的声学特性几乎不会影响进气段模态；燃烧段模态时，进气段中声学特性对其影响较小。同时在一定火焰模型参数条件下，会产生输运模态。

模型燃烧室试验结果的模态分析表明：模型燃烧室主要激励出输运模态和进气段模态。当为进气段模态fH时，从头部阻抗曲线可以看出：频率fH会锁定在头部阻抗中的最大值与最小值中的窄带区域，容易发生锁频现象。而输运fT模态与响应函数中迟滞时间相关。声能分析表明：燃烧不稳定性最终激发模态是满足瑞利准则的不同声学模态相互竞争结果。

当量比变化的试验结果表明：随着当量比的增加，但当量比小于0.65时，相位值增大，引起迟滞时间减小。当量比大于0.65后，相位变化较小。随着温度增加，模态从进气段模态转变为输运段模态，从相位曲线可以看出：迟滞时间随温度的升高而减小，与温度变化类似。旋流数的影响试验数据表明：不同旋流数的模型燃烧室激励出进气段模态时，随着旋流数的增加，fH频率相差不大，而幅值逐渐增大。相位迟滞时间曲线可以看出：旋流数较大时，迟滞时间相对较小，因而旋流数较小的输运模态频率fT 相对也减小。

中心分级火焰试验结果表明：火焰分级能够大幅改变火焰热释放分布，从而改变燃烧不稳定性的模态以及幅值的大小。火焰分级时，在小的分级比，模型燃烧室激励出输运模态或燃烧室模态，且输运模态频率fT小于单环燃烧时的输运模态频率；当分级比增大时，模型燃烧室激励出进气段模态。

局部传递函数的研究结果表明相位分布曲线表明了相位迟滞时间由三部分组成：1）扰动从燃油喷注点向火焰头部出口处传输的迟滞时间；2）在旋流头部出口处涡核形成时间；3）涡核形成后向下游输运到火焰前锋时的迟滞时间。从不同当量比和分级比的局部火焰传递函数相位可以看出：当量比越大时，由旋涡涡核导致的相位增量越大，进气段模态不稳定增长率增加而导致了其不稳定性幅值的增大，并引起了相应输运模态频率的增加。火焰分级时，与单环火焰相比，在内层头部出口射流的作用下，火焰中心后移，在相位分布中，旋涡涡核引起的相位增量大于单级火焰时的相位增量。结果表明模型燃烧室中主火焰旋涡涡核引起的相位增量是分级火焰能否起到抑制燃烧不稳定的重要因素。