脈動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的頻率特性研究
  由于可控的脈動(dòng)燃燒能大大提高燃燒效率和燃?xì)獾膫鳠嵝?，在噴氣推進(jìn)、動(dòng)力發(fā)電、工業(yè)爐窯、民用取暖，化工中的干燥和煅燒、各種鍋爐等有明顯的潛在優(yōu)勢(shì)?；贖iggins-Rijke熱聲效應(yīng)的無(wú)閥自激脈動(dòng)燃燒器，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，壽命可達(dá)最佳水平，最具潛在應(yīng)用前景。
  脈動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的頻率特性對(duì)其設(shè)計(jì)和使用都有很重要的意義。非自激脈動(dòng)燃燒器的工作頻率取決于外界脈動(dòng)源（如脈動(dòng)供氣）的頻率，而Hehnholtz型有閥自激脈動(dòng)燃燒器（如市場(chǎng)有售的富爾頓脈動(dòng)燃?xì)忮仩t）的頻率可用Helmholtz共振腔公式計(jì)算。對(duì)于直管的Higgins-Rijke型脈動(dòng)燃燒器，其頻率可根據(jù)燃燒器總長(zhǎng)，按1／2波長(zhǎng)管公式大致估算。由于管中術(shù) 國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(69802010)有冷段和熱段，管中氣流的平均聲速只能憑經(jīng)驗(yàn)給定，其誤差隨意性很大。
  由于直管的Higgins-Rijke型無(wú)閥自激脈動(dòng)燃燒器須在長(zhǎng)徑比大于10時(shí)，才能較好工作，極大地限制其推廣使用。設(shè)想1m直徑的燃燒器至少10m長(zhǎng)。且不說(shuō)需特高的鍋爐房才能安裝，就其工作頻率來(lái)說(shuō)，約24Hz，已接近次聲，噪聲對(duì)人體健康存在較大問(wèn)題。為此，我們對(duì)直管的Higgins-Rijke型自激脈動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)。將進(jìn)氣段和出氣段的通氣截面積，做成小于燃燒室通氣截面枳，形成“兩端收口”的無(wú)閥自激脈動(dòng)燃燒器。這樣，使燃燒器總長(zhǎng)與燃燒室直徑之比減小到4.2時(shí)，仍能自激脈動(dòng)工作[1]。為了有別于直管的Higgins-Rijke型脈動(dòng)燃燒器，也為了敘述方便起見，我們把這種“兩端收口”的無(wú)閥自激脈動(dòng)燃燒器稱為Rijke-ZT型脈動(dòng)燃燒器。直管522的Higgins-Rijke型脈動(dòng)燃燒器只是Rijke-ZT型脈動(dòng)燃燒器的一個(gè)特例。我們?cè)鴮?duì)Rijke-ZT型脈動(dòng)燃燒器的頻率特性進(jìn)行過(guò)研究[2]，但未曾涉及燃?xì)獾臏囟确植?。本文就Rijke-ZT型脈動(dòng)燃燒器考慮熱燃?xì)鉁囟确植嫉念l率特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并推導(dǎo)出計(jì)算這種脈動(dòng)燃燒器頻率的公式。
1Rijke-ZT型脈動(dòng)燃燒器的頻率特性
 的實(shí)驗(yàn)研究
  為了研究Rijke-ZT型無(wú)閥自激脈動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的頻率特性，加工了4種不同收縮比的試驗(yàn)器（見圖1）。它們的尺寸參數(shù)見表1。為今后闡述方便起見，我們稱移C管段為進(jìn)氣段、≯B為燃燒室、≯A為出氣段。
  表1進(jìn)、出氣段不同收縮比的脈動(dòng)試驗(yàn)器一覽表
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┃ 試驗(yàn)器編號(hào) ┃No．1┃No.2  ┃No．3 ┃No．4 ┃No．5 ┃No.6  ┃
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┃ 4Amm    ┃4160 ┃4106  ┃西70  ┃擊52  ┃擊70  ┃西52  ┃
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┃ 4Bmm    ┃4160 ┃4160  ┃+160  ┃+160  ┃4160  ┃4160  ┃
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┃ +Cmm    ┃4160 ┃4106  ┃擊70  ┃擊52  ┃4106  ┃4106  ┃
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┃ 出氣段收縮 ┃ 1  ┃ 0.44 ┃ 0.19 ┃ 0.11 ┃ 0.19 ┃ 0.11 ┃
┃ 比4A／曲B  ┃   ┃    ┃    ┃    ┃    ┃    ┃
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┃ 進(jìn)氣段收縮 ┃ 1  ┃ 0，44 ┃ 0.19 ┃ 011 ┃ 0.44 ┃ 0.44 ┃
┃ 比西C／西B ┃   ┃    ┃    ┃    ┃    ┃    ┃
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  根據(jù)我佃的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)Higgins-Rijke型熱聲現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)[3】’這種燃燒器的頻率特性不受熱源種類的影響。因此，我們用電加熱的方法作熱源，而不是用固、液或氣體燃料燃燒做熱源，這樣熱源參數(shù)易于控制和調(diào)整。沿試驗(yàn)器軸向安裝了10支熱電偶，測(cè)量溫度分布。熱電偶的間距是不相等的，溫度變化較大區(qū)域熱電偶間距相對(duì)小些（熱電偶沿軸向的安裝位置見圖2）。由直徑為0.6mm的鎳鉻鎳鋁絲組成的露頭鎧裝熱電偶，動(dòng)態(tài)響應(yīng)很好。用YE2539高速靜態(tài)電阻應(yīng)變儀每隔10s采樣一次。試驗(yàn)器內(nèi)氣體脈動(dòng)頻率由安放在進(jìn)氣口處的CA-YD5，4加速度傳感器拾取。訊號(hào)經(jīng)電荷放大器放大后，輸入雙跡陰極射線示波器，由函數(shù)發(fā)生器發(fā)出的訊號(hào)進(jìn)行比較。由于Rijke-ZT型脈動(dòng)燃燒器內(nèi)的聲波不是純正弦波，基波上疊加了一些諧波，因此不能用通常的頻率計(jì)數(shù)器直接讀得主頻率值。
  測(cè)得的相應(yīng)溫度分布見表2。測(cè)得的主頻率值見表3。
  進(jìn)、出氣段通氣截面積相同時(shí)試驗(yàn)器的主頻率與溫度分布的關(guān)系見表2中的No．1，No．2，No．3，N04，進(jìn)、出口段通氣截面積不同時(shí)的頻率特性見表2中的No．5，No．6
 圖2熱電偶分布示意圖
表2 各點(diǎn)熱電偶測(cè)得的溫度值
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┃      ┃  溫度分布／oC                               ┃
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┃誡驗(yàn)器編號(hào) ┃HOO  ┃H01  ┃H02  ┃H03  ┃H04  ┃H05  ┃H06  ┃H07  ┃H08  ┃H09  ┃
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┃ No．1   ┃56  ┃59  ┃77  ┃83  ┃112  ┃178  ┃271 ┃95  ┃34  ┃24  ┃
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┃ No．2   ┃ 76 ┃ 80 ┃ 82 ┃ 84 ┃ 109┃ 167┃ 356┃ 83 ┃ 29 ┃ 21 ┃
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┃ No．3   ┃ 89 ┃ 93 ┃ 96 ┃ 99 ┃ 107┃ 224┃ 237┃ 136┃ 34 ┃ 22 ┃
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┃ No．4   ┃75  ┃87  ┃93  ┃95  ┃139  ┃233 ┃244  ┃135  ┃29  ┃21  ┃
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┃ No.5   ┃ 82 ┃ 99 ┃ 107┃ 121┃ 125┃ 182┃ 404┃ 107┃ 36 ┃ 23 ┃
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┃ No．6   ┃ 50 ┃ 76 ┃ 78 ┃ 82 ┃ 98 ┃ 131┃ 376┃ 80 ┃ 31 ┃ 23 ┃
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表3實(shí)驗(yàn)用Rijke-ZT生物質(zhì)燃燒爐的實(shí)測(cè)頻率與計(jì)算頻率對(duì)比表
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┃ 試驗(yàn)器編號(hào) ┃No．1  ┃No．2 ┃No．3 ┃No．4 ┃No．5 ┃No．6 ┃
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