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基于火焰声学特性与火焰燃烧稳定的密切相关性,以酒精为燃料、氧气为氧化剂,对气流式喷嘴火焰噪声进行了试验研究。结合燃烧理论及试验数据,对火焰噪声的频谱特性等进行了分析;应用分形理论及Hilbert-Huang变换等对撞击火焰噪声进行了深入研究;最后对工业气化炉噪声进行了测量分析。本文的主要结论如下:
1.根据单极子声波方程式,探究了火焰噪声产生机理;并依据试验分析了射流火焰噪声的声学特性。得出火焰噪声是起始区的喷流噪声和燃烧区的燃烧噪声的耦合,射流火焰噪声以燃烧噪声为主。化学反应导致局部气体密度的变化引起周围压力的脉动是噪声产生的根源。氧化剂流量的增加比燃料流量的增加更能影响火焰噪声。火焰燃烧状态随氧化剂的逐渐增加而呈现四个阶段:层流、湍流、狂暴和吹熄。
2.应用分形理论对撞击火焰噪声进行了分析研究,并对不同间距条件下的撞击火焰噪声特性进行了试验研究。结果表明,撞击火焰噪声具有分形特征,分析Hurst指数变化可以分析燃烧情况。射流火焰噪声是主频为70Hz左右的低频噪声而撞击火焰噪声是主频为420Hz左右高频噪声,撞击火焰比射流火焰燃烧剧烈但稳定。
3.应用统计理论和Hilbert-Huang变换对小型热模试验气化炉内火焰噪声进行了分析,并对工业气化炉噪声进行了频谱分析。结果表明,四喷嘴撞击火焰噪声的标准偏差值要大于两喷嘴,但标准偏差随工况的变化小于两喷嘴,说明四喷嘴燃烧剧烈但稳定。四喷嘴的火焰噪声能量大,且分布集中,说明四喷嘴撞击火焰强化了燃料混合。分析工业气化炉噪声可知,在喷嘴末端,噪声更多的为干扰噪声;而炉壁处,除干扰噪声外还有低频率波段,特别是在100Hz左右的噪声。此低频波段噪声为气化炉内火焰噪声穿透炉壁的辐射噪声。