微型凹腔燃燒室內(nèi)CH4催化燃燒特性數(shù)值研究.pdf

1、微機(jī)電系統(tǒng)作為一種交叉學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域，融合了多種科學(xué)技術(shù)，在醫(yī)療、生物、軍事、航空航天等領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用前景。提供能量的微型動力系統(tǒng)通常使用碳?xì)淙剂?，具有能量密度大、體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)。但微型燃燒器作為最復(fù)雜的部件，燃燒空間小、比表面積大、散熱損失嚴(yán)重、燃燒不穩(wěn)定、燃燒效率不高。本文在分析當(dāng)前微通道內(nèi)穩(wěn)燃技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了應(yīng)用回流區(qū)強(qiáng)化燃燒的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出應(yīng)用凹腔構(gòu)造回流區(qū)，并采用凹腔壁面進(jìn)氣的方法改善微通道內(nèi)CH4

2、的燃燒特性。
　　本文基于數(shù)值模擬軟件，并采用詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理對微型凹腔燃燒器內(nèi)CH4/空氣的燃燒特性進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)值分析，主要從微型燃燒器內(nèi)進(jìn)氣量和微型燃燒器的結(jié)構(gòu)參數(shù)兩個方面進(jìn)行分析。
　　本文研究進(jìn)氣量對CH4燃燒特性的影響，改變的是總進(jìn)氣量、主流入口空氣進(jìn)氣量、凹腔后壁面入口空氣進(jìn)氣量、總空氣進(jìn)氣量不變改變凹腔后壁面和主流入口空氣量分配方式。得出結(jié)論：凹腔回流區(qū)有利于CH4的催化燃燒過程，凹腔內(nèi)的燃燒產(chǎn)物在主流通道

3、內(nèi)與主流空氣迅速摻混預(yù)熱，提高燃料燃燒前的溫度，強(qiáng)化主流通道內(nèi)的燃燒。雖然主流進(jìn)氣量增加，燃燒室內(nèi)平均溫度有所降低，但有利于改善主流通道軸向溫度分布的穩(wěn)定性。增加凹腔后壁面入口空氣進(jìn)氣量能夠強(qiáng)化凹腔內(nèi)部的燃燒，并有利于主流通道內(nèi)燃料高效燃燒，促進(jìn)燃燒室軸向溫度分布的穩(wěn)定性。總空氣進(jìn)氣量不變改變凹腔后壁面空氣進(jìn)氣量和主流空氣進(jìn)氣量的分配方式時，增加凹腔后壁面空氣進(jìn)氣量，相應(yīng)主流空氣進(jìn)氣量減小，則凹腔內(nèi)回流低速區(qū)域變大，燃燒室內(nèi)速度等值線變

4、密，有利于實(shí)現(xiàn)燃燒室內(nèi)燃料的高效穩(wěn)定燃燒。
　　研究結(jié)構(gòu)參數(shù)對CH4燃燒特性的影響時，主要從深寬比、主流進(jìn)氣口形狀兩個方面進(jìn)行分析。得出：深寬比越大，對凹腔內(nèi)回流區(qū)的形成越有利，燃燒過程越劇烈。深寬比越大主流通道內(nèi)速度等值線越密，壓力沿軸向下降較為迅速，燃燒過程得到強(qiáng)化。由于漸擴(kuò)型主流入口空氣流會對凹腔內(nèi)部回流區(qū)產(chǎn)生擾動作用，凹腔內(nèi)的燃燒強(qiáng)度被削弱而主流通道凹腔附近的燃燒被強(qiáng)化。主流通道內(nèi)的總體摻混預(yù)熱效果較好，溫度比漸縮型燃燒室

5、內(nèi)稍高，兩種主流空氣入口形狀的燃燒室，凹腔后方組分分布曲線重合。在大進(jìn)氣量下，當(dāng)進(jìn)氣量小于1.4134mg/s時，兩種燃燒室內(nèi)CH4轉(zhuǎn)化率差別不大均在90％以上，當(dāng)進(jìn)氣量大于1.75729mg/s時，漸擴(kuò)型主流入口形狀燃燒室內(nèi)CH4轉(zhuǎn)化率明顯高于漸縮型主流入口形狀燃燒室。隨著進(jìn)氣量的增大，兩種主流入口形狀燃燒室凹腔內(nèi)的火焰覆蓋區(qū)域不斷減小甚至消失，燃燒室內(nèi)溫度降低，相同進(jìn)氣量下漸擴(kuò)型主流入口形狀燃燒室內(nèi)溫度較高，且沿軸向溫度梯度較小，溫