钝体稳定贫预混湍流火焰的自激火焰动力学与相互同步：论燃烧室长度的影响

《Combustion and Flame》：Self-excited flame dynamics and mutual synchronization of the bluff-body-stabilized lean-premixed turbulent flame: on the effect of combustor length

　　

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  系统地展示了不同燃烧室长度下的声热反馈机制。
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  空间快速傅里叶变换成功揭示了声热不稳定性的多时间尺度和多空间尺度特性。
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  识别了反旋涡的配对与合并过程，并量化了它们对周期性释热率（HRR）振荡的直接贡献——该振荡是触发并维持声热不稳定性的关键因素。
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  提供了实验证据，表明弱形式的声热相互同步可以表现出更高（更剧烈）的振荡幅值。
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  阐明了在声热不稳定性期间，模态分布和时间尺度均趋于收敛，而在稳定燃烧期间，两者则趋于发散。

章节摘要

创新性与意义声明

本研究的创新之处在于，首次通过确凿的实验证明，湍流燃烧的自激声热状态可以通过改变燃烧室长度得到显著调控。通过对火焰动力学和火焰-声学相互同步的综合时域及时空分析，我们阐明了潜在的涡驱动声热反馈机制。系统对比冷流与热流实验结果表明，流体动力

实验装置与测量系统

如图1所示，实验装置是一个光学可观测的、实验室规模的常压燃烧器，专门用于研究钝体稳定湍流火焰中的纵向声热不稳定性。实验配置与我们之前的工作[25]相同，但增加了T形钝体用于火焰稳定。为简洁起见，将其称为"T形钝体"，其几何形状详见图1(b)。

实验结果与讨论

通常通过改变控制参数使系统从稳态转变为不稳定态来研究系统动力学[31]。在受限空间中的稀薄燃烧特别容易产生大幅值振荡[19]。此前对钝体稳定火焰的研究主要集中于改变入口参数，如入口温度（T）、雷诺数（Re）和当量比（?），以考察声热燃烧状态和流体动力稳定性[25]。该

结论

本系统实验研究旨在阐明燃烧室长度在驱动和维持钝体稳定、预混稀薄甲烷-空气湍流火焰自激声热不稳定性中的作用。通过对声压、CH*化学发光和粒子图像测速（PIV）的同步测量，实现了对火焰动力学及相互同步的时间演化与时空演化的综合分析。主要研究结论总结如下：

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  燃烧室长度作为

CRediT作者贡献声明

王海啸（Haiqing Wang）：写作–审阅与编辑，写作–初稿撰写，方法学，调查研究，数据整理，概念构思。刘培军（Peijin Liu）：指导，项目管理，资金获取。Larry K.B. Li：指导。魏翔庚（Xianggeng Wei）：指导。杨振华（Zhenhua Yang）：调查研究。吕翔（Xiang Lv）：指导，资源提供，项目管理。

Haiqing Wang | Peijin Liu | Larry K.B. Li | Xianggeng Wei | Zhenhua Yang | Xiang Lv