微圓管內(nèi)氫氣和烷烴預(yù)混催化燃燒特性實驗研究.pdf

1、微加工制造、微電子集成和信息技術(shù)的不斷進步促進了便攜式設(shè)備的發(fā)展。微尺度燃燒系統(tǒng)以其體積小、能量密度高等優(yōu)點在能源、光電、控制等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率是微尺度燃燒系統(tǒng)的關(guān)鍵性能，如何提高燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率也是以燃燒為基礎(chǔ)的微能源動力系統(tǒng)的關(guān)鍵難點和熱點問題。本文圍繞這兩個科學(xué)問題，開展了氫氣、甲烷和正庚烷在微小型圓管燃燒器內(nèi)的催化燃燒實驗研究，獲得了不同混合比、當量比、催化劑布置方式、燃燒器內(nèi)徑等對燃料燃燒特性（穩(wěn)

2、燃范圍、火焰形態(tài)、壁面溫度分布、燃燒轉(zhuǎn)化率、散熱等）的影響。
　　在雙套管中進行氫氣/甲烷/空氣催化燃燒實驗，發(fā)現(xiàn)維持穩(wěn)定燃燒的入口流速v的下限隨混合比R的增大而減小，但隨當量比Φ的增大而先減小后增大，在R=0.9，Φ=1.6的工況下，可以在0.25m/s~19m/s范圍內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。同時在此工況下，壁面溫度最高、熱回流區(qū)域最長。隨著 R的增大，火焰鋒面變?yōu)閮A斜的錐形、根部向下游移動。壁面散熱量隨R和v的增大而增大，散熱率卻隨R

3、的增大而增大，隨v的增大而減小。壁面輻射散熱占總散熱量的比例也是先增大后減小，在Φ=1.6時達到最大值63.93％。
　　在微縮放管燃燒器中以連續(xù)式（A式）和分段式（B式）布置催化劑，進行正庚烷催化燃燒實驗。在Φ=1.6富燃條件下，B式能夠明顯拓寬穩(wěn)燃上限至Re=1500，但當Re較小時A式更有優(yōu)勢，能夠在Re=12時實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。在A式和B式中，壁面溫度分別呈現(xiàn)出單峰和雙峰分布，B式中雙峰分布不僅減緩了壁面溫度變化，而且加強了喉

4、部無催化區(qū)域的燃燒。兩種布置方式下，燃燒產(chǎn)物呈現(xiàn)出不同的變化趨勢，在Re=160時分別達到最大轉(zhuǎn)化率84.4%和88.3%。
　　以Pt/Ce0.8Zr0.2O2為催化劑，在不同內(nèi)徑的填充床微圓管中進行正庚烷燃燒實驗。內(nèi)徑 d=3,4,5mm的圓管分別在Φ=2.0,1.6,1.2的富燃條件下達到最大的穩(wěn)燃范圍，且隨著d的增加，穩(wěn)燃范圍逐漸變大。Re較小時，d=4mm和5mm圓管中壁面最高溫度非常接近；但當Re較大時，d=5mm圓管