图7 旋流器
3. 参数测量系统 动态压力测量
燃烧压力测量方法是指测量燃烧室中压力随时间的变化并将测得的压力曲线经过分析处理，目前仍是预混瑞流燃烧研究领域中一种不可或缺的重要实验手段，燃烧内压力波动直接表征燃烧室的不稳定性，因此压力信号的采集至关重要。
图8 压力测量结构
四、 贫燃预混火焰形态及熄火极限分析
4.1 火焰传播机理及火焰结构形态
气体燃料的燃烧根据燃烧前燃料和空气混合状态的不同和流动速度范围的不同，可以分为预混燃烧和扩散燃烧，层流火焰和溫流火焰。传统的扩散燃烧方式，燃料燃烧所需要的氧化剂依靠空气扩散来提供，且燃料与空气的混合过程占据大部分燃烧时间，火焰面位于燃料与氧化剂的交界面上，燃烧较为缓慢，火焰温度很高，且稳定燃烧范围很宽。 与此不同，预混燃烧或部分预混燃烧方式为空气与燃料进入到燃烧室之前会进行部分预混或完全预混，部分预混火焰可分为两个部分：内焰的预混火焰和外焰的扩散火焰。经过部分预混的可燃气在内焰燃烧，剩余的未燃燃料则在外焰与外围空气进行燃烧。随预混程度增加，内外焰体积和火焰也随之发生变化。
与层流火焰相比，由于湍流涡团脉动的影响，湍流火焰前锋不再光滑、规则，而是新鲜可燃气涡团、燃烧着的涡团与燃尽涡团交替存在着。依然可以将火焰简单分为三个区域：核心区域、燃烧区域以及燃尽区域，如图9所示。
核心区域内是新鲜的未参与反应的可燃预混气体；燃烧区即化学反应区，为可见的火焰前锋，可燃物大部分在此区域反应；剩余的可燃物在燃尽区域内被燃尽。
图9 湍流火焰示意图
如图10所示，旋转射流的内外卷吸作用会使喷嘴出口处下游轴心位置的静压降低，在压差的作用下，会形成中心回流区。其形成过程为：当旋转射流进入筒状燃烧室时，形成空心的圆椎射流，存在内、外两个边界，外边界卷吸周围预混气体，而内边界抽吸下游高温烟气，产生回流。回流的气体是燃烧后形成的高温产物，当新鲜预混燃气进入燃烧室时被回流的高温烟气加热，然后被点燃。因此，可以利用此回流区作为持续点火源，使新鲜的预混可燃气体能够持续稳定的燃烧，起到稳焰的作用。
图10 旋转射流流场示意图
图11 旋流预混火焰图像与结构
旋流预混火焰也分为三个部分，如图11所示。区域1为中心回流区，火焰颜色为蓝色，可用肉眼很明显的区分开来，左侧的黄色火焰的产生是向旋流火焰中投入细小的可燃物（如木块）用以观察回流区域；区域2为角回流区，位于中心回流区外侧下部的区域，火焰颜色呈更明亮的蓝色，火焰其余的部分为区域3。而燃烧反应主要在中心回流区域1进行。
4.2 当量比对火焰形态的影响
固定空气流量不变，调节燃料进气流量以达到改变预混气体当量比。
图12 预混旋流火焰形态
第一幅图片中，当量比较小，火焰呈祸团状，隐约可见回流区轮廓，当量比继续增大到
??0.67 时，明显出现回流区稳焰结构，在??0.72时火焰图片中可以明显看到火焰有强
烈的旋转，火焰为中空；继续增大当量比。直至出现类似图11的结构，此时当量比为??0.8，由图中可知回流区呈明亮的蓝色，上方区域由于高温显红色。实验过程中当量比均小于1，可看出，在整个实验过程中，火焰均为蓝色，且燃烧过程无燃烧冒烟现象产生，火焰温度整体保持在较低的水平，说明燃气混合效果较好，且燃烧较为充分。
在增大当量比的过程中，燃烧火焰有如下变化：
1) 当量比较低时，火焰传播速度较低，火焰很难维持在钝体周围，随当量比增加，火焰稳
定性改善，能够稳定在钝体周围，且燃烧火焰变短，且火焰颜色越来越亮；继续增大当量比，火焰将维持在钝体周围，由于钝体的存在，燃烧室内未产生回火；
2) 燃烧室内开始出现噪声，且随当量比的增大噪声加强，当量比增大到一定程度时，燃烧
室内轰鸣的噪音己达到人耳难以忍受的程度，分贝值由62db增长到96db。此时火焰很短，主要维持在钝体周围；
3) 随当量比的增加，温度逐渐升高，温度未经福射修正，最高温度达1200C。
在当量比接近贫燃熄火极限时，继续减少燃料的供应，火焰变得极为狭长，完全脱离中心钝体，如图13所示。此种现象仅在燃烧室长度足够的情况下产生.
图13 接近贫燃熄火极限时火焰图像
4.2 中心钝体的稳焰作用
钝体结构广泛用于航空发动机的加力燃烧室，用以提高火焰的稳定性，避免发生吹熄以及回火现象的发生。中心钝体的存在扩大了旋流燃烧室的工作弹性，因为中心钝体能够阻止涡破碎诱发的回火，同时围绕钝体形成回流区。所形成的回流区，一方面可以使回流的高温烟气加热未燃气体，另一方面可以提供一个局部的低速区，从而满足火焰稳定的流动条件。
图14 安装钝体前后火焰形态