火焰不穩(wěn)定性和燃燒噪聲在燃燒系統(tǒng)的發(fā)展中至關重要。特別是，預混火焰的行為受到燃燒器配置和預混火焰固有特性的強烈影響。為了實現(xiàn)火焰穩(wěn)定，許多實際燃燒系統(tǒng)中廣泛采用了具有再循環(huán)流的鈍體結構（或火焰保持器）。逆向臺階（BFS）是一種常見的配置，在許多實驗和數(shù)值研究中用于闡明燃燒噪聲的特性[[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]]。
在許多BFS實驗中，燃燒噪聲是自持續(xù)的。通常，強烈的流動振蕩伴隨著動態(tài)火焰行為，這可能會在火焰周圍引起流動振蕩。當滿足著名的瑞利準則時，會形成一個持續(xù)的反饋循環(huán)[9]。例如，當火焰反復與流動振蕩相互作用時，非穩(wěn)態(tài)熱釋放率可能導致熱聲不穩(wěn)定性[10,11]。如果燃燒器幾何形狀適合發(fā)生聲學共振，噪聲功率或火焰振蕩幅度可能會顯著增強。因此，在許多先前的BFS配置研究中，聲學共振被認為是燃燒噪聲的主要原因。
關于火焰-渦流相互作用，相應的頻率在噪聲功率譜中有所區(qū)分。同時，即使沒有聲學共振，自誘導的非穩(wěn)態(tài)火焰行為仍可能引起相當大的燃燒噪聲，這是燃燒研究中的另一個關鍵問題�；鹧嬲袷幣c多種現(xiàn)象有關，如重復點火和熄滅[12,13]、火焰-壁面相互作用[14]以及燃料濃度波動[15]。特別是，火焰對流動振蕩的響應在自持續(xù)火焰振蕩中至關重要。最近的研究探討了內(nèi)在流體動力學（Darrieus-Landau）不穩(wěn)定性和拉伸誘導的反應變化對火焰響應的影響[16,17]。一些研究提出了分析此類火焰動力學的關鍵參數(shù)，如Damkohler數(shù)[18,19]。同時，在BFS實驗中，由于剪切層不穩(wěn)定性引起的非穩(wěn)態(tài)火焰行為可能導致燃燒噪聲[20,21]。在這種情況下，燃燒噪聲主要源于BFS結構（即剪切層）周圍流場之間的相互作用，這一點與其他火焰振蕩不同。
關于BFS相關的燃燒噪聲，已經(jīng)進行了多種實驗，主要采用不同的入口流動條件，即改變?nèi)剂项愋汀斄勘群腿肟诨旌蠝囟取Ｒ虼�，識別出幾種具有顯著燃燒噪聲的模式，并基于與流動再循環(huán)相關的火焰-渦流相互作用解釋了每種模式下的火焰動力學。
然而，這種類型的火焰-流動相互作用直接受到燃燒器配置的影響。為了更清楚地理解燃燒器配置或流動特性對燃燒噪聲的影響，最好通過改變?nèi)紵髋渲脕愍毩⒖刂屏鲃犹匦�，而不改變�(nèi)紵匦�。如果僅通過燃燒器配置就能引起火焰-流動相互作用的顯著變化，這將代表與大多數(shù)使用有限數(shù)量固定燃燒器配置的先前研究的不同之處。
一些最近的研究調查了臺階寬度對BFS燃燒器中火焰穩(wěn)定性和非穩(wěn)態(tài)火焰行為的敏感性。例如，在某些特定的臺階寬度下發(fā)現(xiàn)了振蕩的丁烷預混火焰[22]，并且臺階寬度主導了壁面-熱相互作用。此外，當臺階寬度足夠減小時，對于富燃料的甲烷預混火焰，發(fā)現(xiàn)了通過重復熄滅和點火引起的火焰振蕩[23]。這兩項研究提出了幾種可能的原因。一個是壁面-熱相互作用的增加，另一個是火焰前沿附近的散熱。然而，這些研究沒有提供火焰不穩(wěn)定性和燃燒噪聲的詳細機制。此外，先前關于BFS燃燒器中燃燒噪聲的研究主要在燃料貧瘠條件下使用完全湍流。自持續(xù)的非穩(wěn)態(tài)火焰行為可能具有其自身的特性，但觀察火焰行為與流動振蕩之間的瞬時相互作用具有挑戰(zhàn)性。
同時，火焰-渦流相互作用主要是在層流條件下研究的。例如，采用了一種將渦環(huán)引入靜態(tài)預混火焰的典型方法，并根據(jù)渦旋的大小和強度發(fā)現(xiàn)了四種情況[24,25]：無效應區(qū)域、皺縮火焰區(qū)域、口袋形成區(qū)域和熄滅區(qū)域。因此，預期通過在BFS燃燒器中進行層流/湍流過渡范圍的額外實驗，可以比高隨機性的完全湍流提供更多關于火焰不穩(wěn)定性和燃燒噪聲的見解。在本研究中，火焰不穩(wěn)定性指的是由火焰與周圍流場相互作用而自持續(xù)的非穩(wěn)態(tài)火焰振蕩。
因此，開發(fā)了一種新型的BFS燃燒器，其中噴嘴寬度和臺階寬度可以連續(xù)調節(jié)。這樣，可以在不改變?nèi)剂辖M成的情況下獨立控制流動特性，保持諸如層流燃燒速度（LBV）、火焰溫度和路易斯數(shù)等基本燃燒特性。主要在層流/湍流過渡范圍內(nèi)研究了BFS燃燒器中的火焰行為。最初，研究了甲烷和丙烷火焰的穩(wěn)定特性。隨后，比較了改變噴嘴和臺階寬度時燃燒噪聲的強度變化。此外，同時可視化了火焰行為和流動特性。最后，確定了導致火焰振蕩和燃燒噪聲的火焰-流動相互作用機制，無論是附著火焰還是抬升火焰。
