采用引壓管測量燃燒室中動態(tài)壓力的修正方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種采用引壓管測量燃燒室中動態(tài)壓力的修正方法。
【背景技術】
[0002] 燃燒系統(tǒng)中的不穩(wěn)定燃燒過程通常會導致燃燒區(qū)域明顯的壓力脈動，對于燃燒系 統(tǒng)中壓力脈動的測量，需要同時考慮傳感器的測量精度和傳感器對高溫環(huán)境的適用性。壓 電式動態(tài)壓力傳感器測量精度較高，適用于較寬頻率范圍內的動態(tài)壓力測量，但是其不能 長期工作在燃燒室近千攝氏度的高溫環(huán)境下，目前的方式是采用引壓管將燃燒室內的聲壓 引出，再通過壓電式動態(tài)壓力傳感器測量，如此可降低壓電式動態(tài)壓力傳感器的工作環(huán)境 溫度。
[0003] 引壓管采用聲學半無限長管原理，一端通過引壓孔與待測環(huán)境如燃燒室連通，另 一端封閉。壓力傳感器安裝在引壓管上，聲波在引壓管中傳播時逐漸衰減，為了避免引壓管 末端反射的聲波對傳感器所在位置處的聲波的影響，引壓管需要足夠長。
[0004] 采用引壓管測量燃燒室中動態(tài)壓力的方法，由于應用環(huán)境的限制和實際安裝過程 中各連接處通道截面的變化，難W滿足理想半無限長管的要求，所W壓力傳感器的測量結 果與燃燒室中真實的狀況一般都存在一定差異，特別是對于較高頻的聲波，該個誤差會更 加明顯。
[0005] 對采用引壓管測量方式的壓力傳感器測量值的修正，包括對幅值的修正和對相位 的修正兩部分?；诎霟o限長均勻直管道和簡單的氣體粘熱效應假設，一般認為壓力傳感 器位置處的壓力脈動和引壓管開口端即與燃燒室連通的一端處的壓力脈動在幅值上是指 數(shù)衰減的，相位上存在由于聲波傳播導致的相位差。但在實際情況下，諸多因素可能使得基 于該種規(guī)律的修正仍存在較大誤差，例如；引壓管長度、引壓管與燃燒室壁面連接處可能存 在截面積變化、壓力傳感器安裝座與引壓管的連接處存在截面積變化、壓力傳感器探頭與 引壓管之間存在一段管腔、管道中氣體溫度分布存在一定梯度等，該些因素都會對聲波傳 播產生一定影響，而多種因素共同作用時可能使得測量結果的誤差較大，特別是對于較高 頻率的聲波測量，例如IOOHzW上的聲波測量，誤差會更加明顯。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種采用引壓管測量燃燒室中動態(tài)壓力的修 正方法。
[0007] 本發(fā)明的技術問題通過如下技術方案解決：一種采用引壓管測量燃燒室中動態(tài)壓 力的修正方法，包括如下步驟；1)構建動態(tài)壓力傳感器測點處壓力脈動與燃燒室中引壓孔 附近壓力脈動的比值關系，將該種比值關系寫成W頻率《為自變量的表達式；2)應用時， 將動態(tài)壓力傳感器的測量結果進行傅里葉變換，再根據(jù)所述比值關系的表達式進行修正， 得到修正后的測量結果。該里的修正指，如除W所述比值關系的表達式。
[000引步驟1)中所述比值關系的表達式通過理論公式計算方法得到或通過實驗方法得 到。
[0009] 理論公式計算方法適用于W下情況：引壓管均勻，各連接處結構尺寸較簡單，并且 容易測量，管道中平均流速較低，如馬赫數(shù)<0. 1 ;
[0010] 實驗方法適用于W下情況：理論公式計算方法所要求的條件不能完全滿足的情 況，例如引壓管管路接頭等變截面處幾何結構復雜，傳感器安裝座內腔體幾何參數(shù)難W準 確得到，引壓管上加裝有冷卻裝置使得引壓管內存在較大溫度梯度的情況等。
[0011] 通過實驗方法獲取所述比值關系的表達式具體步驟如下：
[0012] (1)搭建用于模擬動態(tài)壓力傳感器實際測量環(huán)境的實驗裝置，所述實驗裝置包括 用于模擬燃燒室的實驗燃燒室、引壓管、安裝在所述實驗燃燒室引壓孔附近壁面上的動態(tài) 壓力傳感器、安裝在所述引壓管上的動態(tài)壓力傳感器；
[0013] (2)同步記錄安裝在引壓管上的動態(tài)壓力傳感器和安裝在實驗燃燒室壁面上的動 態(tài)壓力傳感器的測量結果，再分別進行傅里葉變換并相除，即可獲得動態(tài)壓力傳感器測點 處壓力脈動與燃燒室中引壓孔附近壓力脈動的比值關系的表達式。
[0014] 所述實驗裝置的具體結構如下：所述實驗裝置的實驗燃燒室由直管段、信號發(fā)生 器、揚聲器、揚聲器固定箱體組成，所述直管段的一端通過過渡段與所述揚聲器固定箱體的 開口密封對接，所述揚聲器正對著所述直管段安裝在所述揚聲器固定箱體內，所述信號發(fā) 生器與所述揚聲器相連，所述引壓孔位于所述直管段的管壁上，所述引壓管通過所述引壓 孔與所述直管段連通，所述實驗燃燒室壁面上的動態(tài)壓力傳感器安裝在所述直管段的管壁 上，軸向上與所述引壓孔位于所述直管段的同一圓周上，所述直管段的管壁上靠近所述引 壓孔還安裝有溫度傳感器，所述直管段的管壁上更靠近所述揚聲器位置設有高溫氣體支管 入口，所述高溫氣體支管入口與所述揚聲器之間的管壁上還安裝有冷卻裝置，所述引壓管 上安裝有動態(tài)壓力傳感器和冷卻裝置。
[0015] 所述引壓管上安裝的冷卻裝置相比于所述引壓管上的動態(tài)壓力傳感器，更靠近于 所述直管段，所述冷卻裝置為采用套管式水冷方式或者帶肋片的風冷方式冷卻的冷卻裝 置；或所述引壓管上安裝的冷卻裝置安裝在所述引壓管的末端，為采用末端通惰性氣體方 式冷卻的惰性氣體吹掃裝置。
[0016] 采用上述實驗裝置修正采用引壓管測量燃燒室中動態(tài)壓力的方法，具體步驟如 下：
[0017] 1)運行直管段上靠近揚聲器的冷卻裝置，W防止高溫氣體對揚聲器造成損壞；
[0018] 2)由高溫氣體支管入口向直管段中通入高溫氣體，通過溫度傳感器測量引壓管安 裝處的氣體溫度；
[0019] 3)在引壓管安裝處的氣體溫度達到與實際環(huán)境一致時，通過信號發(fā)生器和揚聲器 產生單頻聲波.
[0020] 4)通過直管段和引壓管上的動態(tài)壓力傳感器同時測量引壓孔附近的動態(tài)壓力P。 和引壓管中的動態(tài)壓力Pj，1《j《N，N為引壓管上安裝的動態(tài)壓力傳感器的數(shù)量；
[0021] 5)改變信號發(fā)生器的信號頻率，重復步驟4)，測量不同頻率下引壓孔附近和引壓 管中的動態(tài)壓力；
[002引 6)對測得的數(shù)據(jù)進行傅里葉變換，計算不同頻率下Pj與P。的比值，即可得到所述 比值關系的表達式，再獲取幅值隨頻率變化的關系曲線H(O)和相位隨頻率變化的關系曲 線 0 (W);
[0023] 7)應用時，對引壓管上動態(tài)壓力傳感器的測量值進行傅立葉變換，從關注的頻率 ?對應的傅立葉變換結果得到壓力脈動的幅值和相位，將幅值除WH(O)即得到修正后的 幅值，將相位減去0 (?)即得到修正后的相位，也即燃燒室中引壓孔附近動態(tài)壓力的幅值 和相位。
[0024] 若引壓管上安裝的動態(tài)壓力傳感器為兩個，所述燃燒室中引壓孔附近動態(tài)壓力的 幅值和相位則為兩組修正結果的平均值；
[0025] 若引壓管上安裝的動態(tài)壓力傳感器為=個W上，所述燃燒室中引壓孔附近動態(tài)壓 力的幅值和相位，由最小二乘法對通過不同動態(tài)壓力傳感器得到的修正結果進行處理后得 到。
[0026] 采用理論公式計算方法得到的所述表達式的具體形式為：
[0027] (1)對于引壓管末端封閉的單個動態(tài)壓力傳感器即引壓管上僅安裝有一個動態(tài)壓 力傳感器的引壓管動態(tài)壓力測量系統(tǒng)，燃燒室中壓力脈動P。與動態(tài)壓力傳感器測量得到的 壓力脈動Pi之間的比值關系的表達式為：
[002引
[0029] 其中，L為引壓管長度，下標0，l，e表示引壓管沿程位置，0為引壓管與燃燒室壁面 連接處，1為動態(tài)壓力傳感器安裝位置，e為引壓管末端，Q為反射系數(shù)，y為引壓管中聲波 傳播常數(shù)，反射系數(shù)Q和引壓管中聲波傳播常數(shù)y分別為：
[0035] V、R、A分別表示動態(tài)壓力傳感器安裝座內的腔體的體積、半徑、截面積，P、y、C 分別表示引壓管處于工作狀態(tài)時其內氣體的密度、氣體粘性系數(shù)、聲波傳播速度，丫為氣體 定壓比熱容與定容比熱容之比，Pf為氣體普朗特數(shù)，J。和J1分別為第0階和第1階的第一 類貝塞爾函數(shù)。
[0036] (2)對于引壓管上安裝有兩個W上動態(tài)壓力傳感器且未設置冷卻裝置即引壓管內 溫度梯度較小的引壓管動態(tài)壓力測量系統(tǒng)，理論上引壓管上相鄰動態(tài)壓力傳感器測得的壓 力脈動滿足W下關系：
[0037]
[003引其中N〉j> 1，N表示引壓管上傳感器的個數(shù)，P。表示燃燒室中的壓力脈動，PW和Pj要求同步測量；
[0039] 根據(jù)所有動態(tài)壓力傳感器測量得到的信號和相鄰動態(tài)壓力傳感器測量結果之間 的理論關系，依次從最靠近引壓管末端的動態(tài)壓力傳感器開始往靠近引壓管引壓孔端遞 推，得到各個動態(tài)壓力傳感器位置處的壓力脈動和燃燒室中的壓力脈動的比值關系的所述 表達式。
[0040] 當引壓管上安裝的動態(tài)壓力傳感器為=支W上時，可W通過相鄰動態(tài)壓力傳感器 測量結果之間的理論關系的傳遞得到多組門和PO之間的比值關系，例如P2/P0 = (P2/