在具有换热装置的设备内,由于不稳定放热与声波的耦合作用会产生热声振荡现象,引起热能与声能的相互转换。热声振荡现象对燃气轮机等设备具有强烈的破坏性,而对重油燃烧过程起到提高燃烧效率,降低污染物排放的作用。在一个竖直管的下半部放置热源(电加热或者燃烧加热的铁丝网),管的两端与大气联通,管内会激发出强烈的声波振荡,这就是Rijke管。Rijke管内存在强烈的热声不稳定性,常被用来进行热声耦合机理、管内声波的振动特性以及控制方法的研究。在以往的研究中,都是通过单一位置处的声压值以及频率值研究管内声波的振动特性是不够完整的,忽略了热源的影响作用,不利于研究Rijke管内脉动压强与热源的耦合作用。本文通过搭建水平电加热Rijke管实验台,对Rijke管内的压力极限振荡后产生的压力场进行了空间与时间的解析,将傅里叶分解与本征正交分解的方法相结合,研究Rijke管内的声波振动特性。本文主要工作和结论如下:1.在传统的傅里叶分解方法的基础上,采集管内三个不同位置处测量声压值,拓展出新的计算方法,根据不同特征频率段的能量值和以及能量比值以此研究管内不同频率的声波振动特性。通过改变实验工况,对比管内不同位置处的分析结果,得出管内同时存在两个频率的声波振荡,即基本模态声波与第二模态声波,并且不同实验参数对不同频率声波振动强度产生不同的影响。管内不同位置采集不同频率的声压值:管中央为仅能测量基本模态的声波振荡,而其他位置处同时测量了两个模态的声波振动。2.同时采集管内15个不同位置处的声压值,采用本征正交分解的方法研究管内不同波长声波的振动特性。分解结果得到的空间分布函数,计算管内不同波长声波的分解模态。随着热源位置的增加,由于波长为L的声波占有的能量比值逐渐减小,其对应分解模态发生转移。根据空间分布函数以及采集的声压值,计算处管内不同波长声波的声压分布。3.本征正交分解和傅里叶分解相结合,可以研究管内不同波长和不同频率的声波振荡,研究管内各线性模态与非线性模态的物理机制以及占有的能量比值。对本征正交分解后的模态系数an进行傅里叶分解、带通滤波和傅里叶分解的逆运算,最终得到九个不同模态和频率的压强值Pm,n。通过对比研究发现了管内存在三种振荡现象,分别为类型Ⅰ波长为2L的声波,在总的流动中占有的能量比值不低于85%,起主导作用;类型Ⅱ波长为L的声波,经过本征正交分解后在前三个模态n=1,2,3内都有分布;类Ⅲ“边缘振荡”、该振荡是由波长2L声波引起的,该振荡在以往的研究中从未被发现。4.在不同的热源加热功率和气体流量下,对比管内三种振荡现象压强值的空间分布,得出热源对波长为L和2L的声波在管上半段的振荡产生了抑制作用,其中对波长为L的声波的抑制作用更加明显:在本文所有的实验工况下,波长为L的声波在管内下半段x/L>0.5的振动强度始终高于管内上半段x/L<0.5的振动,造成波长为L的声波产生的声压值在空间上的非对称性,完善了 Rijke管内热声与声能的非线性转换过程。