同轴离心式喷嘴火焰结构的转变和迟滞

摘要

针对气体中心液体离心式同轴(GCLSC)喷嘴(简称为同轴离心式喷嘴)的燃烧动力学特性，开展富氧气/煤油蒸气同轴离心式单喷嘴实验研究．通过改变氧化剂喷射速度，分别获得了稳定和自发激励条件下的火焰结构、相互转变和迟滞过程．利用高速相机拍摄了火焰的CH~*自发光图像，通过离散傅里叶变换(DFT)和动力学模态分解(DMD)方法分析了燃烧流场的空间结构．研究发现：稳定燃烧时，火焰长度较长，CH~*自发光紧贴喷嘴出口，火焰结构受反应混合层流动不稳定控制．迟滞区域内，火焰出现抬升，CH~*自发光强度沿流向存在两个峰值，主导的不稳定频率较高．不稳定燃烧时，火焰长度显著缩短，且在横向扩展，沿喷嘴周向有部分火焰紧贴喷嘴出口．3种燃烧状态下，DFT和DMD方法得到的空间模态均很相近．发现了螺旋形结构的低频火焰模态，某些工况下会发生对流形式的燃烧不稳定．一阶切向不稳定的火焰模态表现为速度耦合产生的螺旋形不稳定涡结构，二阶切向不稳定的火焰模态表现为压力耦合产生的对称涡结构．

关键词

同轴离心式喷嘴 / 燃烧稳定性 / 火焰结构 / 迟滞 / 模态分解