氢燃料燃气轮机代表了减少碳排放的一个有前景的方向，利用氢作为多功能能源载体来提高电网灵活性[1,2]。与传统化石燃料相比，氢和氢混合燃烧产生的碳排放显著降低[[3], [4], [5], [6]]。然而，技术挑战依然存在，尤其是在燃烧稳定性方面。氢的高火焰速度显著增加了对热声振荡和回火现象的敏感性[[7], [8], [9], [10], [11]]。
自激振荡是燃烧器设计中的一个关键挑战，会导致强烈的压力波动，从而影响燃气轮机的完整性。这些振荡可能引起结构疲劳和部件损坏，对运行安全和设备寿命构成重大风险[12,13]。燃烧系统内的热声不稳定性源于热释放率（HRR）振荡与声压波之间的反馈相互作用，这一过程由瑞利准则[[14], [15], [16]]描述。由火焰-声学耦合机制驱动的HRR波动受到耦合流动扰动[[17], [18], [19], [20], [21]]和当量比波动[[22], [23], [24]]的影响，这些因素主导了热声激励路径。
由于氢的独特热物理性质，氢燃烧从根本上改变了火焰动力学，升高的层流火焰速度压缩了反应区域，使热声振荡向更高频率移动[25,26]。一些研究证实，这种频率上升与氢的混合比例密切相关，这归因于从喷射点到火焰前沿的对流时间减少，从而能够与更高的纵向固有模式同步[[27], [28], [29], [30]]。此外，氢火焰中增强的热释放浓度增加了对多模态燃烧振荡的敏感性，在纯氢燃烧器中引发了横向不稳定性，以及火焰之间的复杂剧烈运动[[31], [32], [33], [34], [35], [36], [37]]。
由于回火风险较高，对于纯氢和高氢混合物，通常采用部分预混和非预混策略。因此，许多研究在这样的混合条件下研究了氢火焰。Schuller等人[[38], [39], [40], [41], [42], [43]]研究了富氢同轴双旋流火焰的稳定性和热声响应。Wang等人[44]表征了氢扩散旋流火焰的火焰传递函数（FTFs），发现了非均匀的横向振荡。Vaysse等人[45]确定了横流喷射旋流氢火焰中的火焰卷曲和反向传播是关键驱动因素。?s?y等人[[46], [47], [48]]开发了富氢火焰的线性/非线性响应传递函数模型。虽然这些研究为特定混合配置下的氢火焰行为提供了宝贵的见解，但它们并未系统地探讨控制混合的基本物理参数（氢-空气混合长度）如何影响不稳定性机制。
混合不均匀性对热声稳定性的关键影响已被广泛认识。现有研究主要关注混合的两个互补方面：（1）同一燃烧器不同部分之间的混合程度，例如双旋流火焰中内外旋流的混合程度和比例[49,50]；（2）部分预混火焰中的燃料-空气混合质量。关于燃料和空气的研究已在不同的燃烧器上进行：旋流燃烧器[51]、低旋流燃烧器[52]和矩阵燃烧器[53]。Blonde等人[51]研究了完全预混和技术预混燃烧器中的FTFs。由声学扰动引起的当量比不均匀性与激励频率有关；在较高频率下，这些不均匀性在到达火焰前沿之前迅速消散。Tachibana等人[52]展示了燃料分级造成的局部当量比分布对不稳定性的敏感性。Oberleithner等人[54,55]详细研究了管上游倾倒平面和火焰区域中的当量比波动传输。实验结果与一些现有的当量比扰动传递模型进行了比较。然而，在这一框架内对纯氢的系统性研究仍然有限。
总之，尽管在理解氢燃烧和混合不均匀性对热声不稳定性的影响方面取得了显著进展，但仍存在一个关键空白。现有的氢研究通常依赖于固定的喷射器几何形状，而之前关于混合效应的研究则是通过操作条件（如燃料分级或声学激励）来改变混合质量。因此，基本几何参数——燃料-空气混合长度对纯氢旋流火焰的热声稳定性的影响尚未得到很好的定量描述。
为了解决这一空白，本研究采用了一种具有可调混合长度的旋流燃烧器，在保持整体流动条件不变的情况下，系统地改变混合长度。目的是隔离并量化混合长度如何影响纯氢-空气火焰的火焰结构、热释放响应和热声不稳定特性。
