微小尺度燃燒中淬熄距離和貧燃極限的研究.pdf

1、微型推力器、微小能源或動力裝置中高密度能量可通過在微小尺度空間組織燃燒獲得。通過調研國內外相關研究工作，總結了微小尺度燃燒在新型能源環(huán)境下的重要意義，提出了微小尺度燃燒領域里存在的問題和挑戰(zhàn)，并指出催化燃燒、多孔介質燃燒及二者相結合的技術是減小淬熄距離，提高貧燃熄火極限的最主要和最有效的手段。微小尺度燃燒研究具有重要的工程應用與學術價值。
　　 建立了基于CHEMKIN和FLUENT平臺的二維催化燃燒數(shù)值方法，并利用詳細化學反應

2、動力學機理，對CH4/Air在Pt表面催化燃燒進行數(shù)值研究與模型驗證。首先，在滯止流研究平臺上，利用基于一維假設的Spin 程序計算滯止點催化燃燒溫度場，并獲得與Deutschmann的計算一致的結果。引入氣相反應后，對二維軸對稱和一維模擬的催化燃燒火焰結構進行對比分析，驗證了所建立的二維數(shù)值模型，同時考察滯止流一維假設的適用性。通過比較不同拉伸率的一維和二維計算結果，指出低拉伸率時必須考慮徑向擴散；在高拉伸率時，溫度和組分濃度一維特性

3、較好。最后，為研究表面催化燃燒對淬熄距離和空間氣相燃燒的影響，對微小尺度二維漸擴通道內表面的催化燃燒進行數(shù)值模擬。研究結果表明，表面催化能使氣相燃燒穩(wěn)定在更小尺寸的空間內，顯著縮小淬熄距離。另外，表面催化燃燒能降低局部高溫，減少熱損失同時能有效提高燃料轉化率，有利于在微小尺度空間組織更穩(wěn)定的燃燒和減少污染物排放。
　　 利用多孔介質燃燒技術設計了用作TPV 熱源的中空和非中空側面輻射器、端面輻射器。側面輻射器的輻射表面積較大，功

4、率約為4kW的燃燒即可獲得高達1000 ℃以上的輻射表面溫度。功率為4.3kW 時，最高輻照密度可達9kW/m 2；
　　 多孔介質內可組織大面積均勻燃燒，且溫度均勻性好。功率一定時，低當量比可獲得更好的輻射表面溫度均勻性。功率4.3kW、當量比0.5 時，輻射表面沿流向平均溫度梯度為1.7 ℃/mm；回熱能有效提高輻射溫度和輻射效率，但易導致回火。與側面輻射器相比，端面輻射器的輻射表面溫度更高、更均勻，且便于PV電池安裝和系統(tǒng)

5、集成，但輻射面積小。端面輻射器的研究結果表明，最大相對溫差小于3％；可實現(xiàn)最低當量比0.33的穩(wěn)定可持續(xù)燃燒。實驗工況下，兩種輻射器的NOX排放都低于25 PPM；當量比高于0.45 時，CO 排放均低于10 PPM。
　　 為了研究輻射對小尺度貧燃料燃燒特性的影響，設計了帶回熱的小尺度燃燒器，實驗研究了甲烷和丙烷兩種燃料的小尺度燃燒特性、貧燃熄火極限、污染物排放等，并輔以數(shù)值手段分析燃燒溫度和回熱效率。實驗結果顯示，該燃燒器在