清华大学学报(自然科学版)

作者：温禹哲, 李星贤, 李龙飞, 刘有晟

单位：1. 清华大学 能源与动力工程系，燃烧能源中心，北京 100084,2. 清华大学 热科学与动力工程教育部重点实验室，北京 100084

关键词：中国空间站,部分预混火焰,燃烧科学实验,微重力,燃烧器设计

基金：中国载人航天工程办公室空间应用系统科学实验项目,国家重点研发计划项目(2021YFA0716201)

空间站中长时间的微重力环境可以解耦浮力对火焰不稳定性的影响，有利于研究边缘火焰在涡流及声场扰动下的动力学响应和不稳定性，相关成果对能源动力系统中火焰失稳的防控、航天器微重力环境下的灭火机制具有重要指导意义。该文介绍了中国空间站中用于产生不稳定边缘火焰的实验装置设计与初步测试结果。实验装置由燃烧器、声学模块和光学模块组成，安装在中国空间站燃烧科学实验系统中的气体实验插件上; 使用独特的燃烧器搭配光学方法形成了振荡的边缘火焰并进行在轨拍摄; 通过光学模块和燃烧科学实验系统现有相机进行二维火焰的温度反演，研究边缘火焰的固有不稳定性现象以及剪切产生涡流和声学扰动对火焰振荡的影响。在此基础上，进行一系列地面测试以验证边缘火焰对不同声频和由剪切层产生的涡旋扰动的响应。在低剪切率扰动下，边缘火焰表现出低频上下振荡模式; 而在高剪切率扰动下，火焰表现出高频左右振荡模式，甚至出现吹熄。通过地面实验确定的推举稳定边缘火焰的稳定工况，可为后续在微重力条件下获取火焰扰动后的结构变化、响应频率、响应模态和温度场分布等重要参数提供参考。

来源：2025年第9期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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