新型回熱燃燒器內(nèi)甲烷-空氣預(yù)混催化燃燒特性的數(shù)值研究.pdf

1、微尺度燃燒器為我國汽車、機電、航空和軍事等領(lǐng)域的微動力機電系統(tǒng)的發(fā)展提供了先決條件，其具有高能量密度和長壽命的特點。微尺度燃燒特性的研究作為微燃燒器高效、穩(wěn)定持續(xù)燃燒的研究基礎(chǔ)。近年來，研究學者對微尺度燃燒方向做了大量研究，尤其是甲烷的微尺度催化燃燒，但是至今還有許多科學和技術(shù)難題需要去解決。
　　本文研究主要圍繞微尺度燃燒器內(nèi)甲烷/空氣預(yù)混燃燒特性和穩(wěn)燃特性展開的，主要對甲烷的催化燃燒進行了數(shù)值模擬。首先回顧了微尺度燃燒的國內(nèi)外

2、研究現(xiàn)狀，分析和總結(jié)了開展微尺度燃燒研究所需要面臨的問題，同時提出并確定本文主要的研究方向。比較系統(tǒng)地研究了壁面反應(yīng)、流動速度、壁面參數(shù)以及幾何參數(shù)等因素對甲烷催化反應(yīng)過程的影響，對直通道燃燒器提出了“回熱超焓結(jié)構(gòu)”的改進方案，并采用三維穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬進行研究。通過選擇合適的燃燒器幾何形狀、壁面材料、初始條件和較好地控制散熱損失來實現(xiàn)甲烷穩(wěn)定燃燒，對進一步設(shè)計和優(yōu)化微尺度燃燒提供一定理論依據(jù)和參考價值。
　　首先，對常規(guī)微燃燒器和回

3、熱結(jié)構(gòu)微燃燒器中的甲烷催化燃燒進行了數(shù)值模擬，比較系統(tǒng)地研究了相關(guān)因素對催化過程的影響，得出：回熱結(jié)構(gòu)有利于甲烷催化燃燒，且有效地將燃燒釋放的熱量通過隔板傳遞給未燃氣體，提高了甲烷轉(zhuǎn)化率和穩(wěn)燃極限，實現(xiàn)穩(wěn)燃。甲烷當量比是影響催化燃燒的主要因素，隨著當量比的增加，甲烷轉(zhuǎn)化率出現(xiàn)了先增大后降低的趨勢。
　　其次，對回熱結(jié)構(gòu)燃燒器中的壁面材料和對流換熱系數(shù)進行了數(shù)值模擬，得出：燃燒器的壁面材料對甲烷燃燒穩(wěn)定性的影響較大。壁面材料為導熱系

4、數(shù)較小的石英玻璃的燃燒器內(nèi)平均溫度略高于導熱系數(shù)較大的紫銅，且導熱系數(shù)越大，燃燒器內(nèi)溫度分布均勻，不存在熱量集中的現(xiàn)象，熱回流區(qū)的面積減小。隨著燃燒器壁面對流換熱系數(shù)的增大，在一定入口速度范圍內(nèi)可以維持穩(wěn)定的催化燃燒，且臨界速度和外壁面平均溫度逐漸降低，而甲烷轉(zhuǎn)化率呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢。
　　最后，對回熱結(jié)構(gòu)燃燒器中的隔板長度和隔板夾角進行了數(shù)值模擬，得出：隨著燃燒器內(nèi)隔板長度的逐漸增大，能提高甲烷轉(zhuǎn)化率和平均溫度，但會降低甲烷

5、轉(zhuǎn)化速度，且沿著燃燒器內(nèi)軸向方向，甲烷轉(zhuǎn)化速度呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢?；責岢嗜紵鲀?nèi)改變隔板夾角會極大程度地影響速度流場分布，繼而對溫度場分布的影響不容忽視。
　　本文通過數(shù)值模擬的方法對微尺度條件下甲烷的催化燃燒特性、壁面散熱條件以及幾何參數(shù)對甲烷燃燒的影響等內(nèi)容進行了較為全面的研究，得出了工況條件和壁面條件以及結(jié)構(gòu)參數(shù)對甲烷穩(wěn)定燃燒特性的影響規(guī)律。本文研究有助于改進和優(yōu)化微型燃燒器的結(jié)構(gòu)及燃燒特性，推進微尺度燃燒技術(shù)的深入研