微通道內(nèi)甲烷催化燃燒的數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)日新月異的迅速發(fā)展，微器件對(duì)許多領(lǐng)域的影響日趨明顯，裝置的微型化與微型系統(tǒng)的研究已成為當(dāng)今研究的重要課題。近年來，國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)相繼開展了微動(dòng)力機(jī)電系統(tǒng)和微發(fā)動(dòng)機(jī)的研究工作。 通過分析微燃燒器內(nèi)影響碳?xì)淙剂戏€(wěn)定燃燒和催化燃燒效率的關(guān)鍵控制條件和因素，對(duì)微燃燒器進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，并采用電火花加工技術(shù)對(duì)微燃燒器進(jìn)行了加工。對(duì)微燃燒器內(nèi)甲烷/空氣混合物的燃燒情況進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，探討空間反應(yīng)、當(dāng)量比、

2、溫度及質(zhì)量流量等因素對(duì)甲烷/空氣混合物在微燃燒器內(nèi)催化燃燒的影響。 數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，溫度是影響環(huán)形微細(xì)腔內(nèi)甲烷催化燃燒的主要因素。隨著壁面溫度的提高，甲烷轉(zhuǎn)化效率均提高。在不同甲烷當(dāng)量比的情況下，溫度對(duì)甲烷催化燃燒影響程度不同。甲烷當(dāng)量比越低，溫度的提高對(duì)甲烷轉(zhuǎn)化率的促進(jìn)作用就越明顯。因此，在保證催化劑不失效的情況下，應(yīng)盡量采取措施提高催化壁面的溫度。 合適的甲烷當(dāng)量比是實(shí)現(xiàn)甲烷穩(wěn)定高效燃燒的關(guān)鍵性因素。隨著甲烷當(dāng)量比

3、的增加，甲烷轉(zhuǎn)化率呈先增加后降低的趨勢，即存在最佳甲烷當(dāng)量比。最佳甲烷當(dāng)量比隨壁面溫度升高而減小。為獲得最佳甲烷轉(zhuǎn)化效率，微燃燒器的甲烷當(dāng)量比應(yīng)控制在0.8～1.0范圍內(nèi)較為合理。 甲烷轉(zhuǎn)化率隨甲烷質(zhì)量流量的增加而降低。甲烷質(zhì)量流量的增加使混合氣體的總質(zhì)量流量增加，從而使混氣體的流速增加，會(huì)大大減小燃料混和氣與催化表面的接觸時(shí)間，使表面反應(yīng)不能充分進(jìn)行。 在微尺度條件下，表面反應(yīng)對(duì)甲烷轉(zhuǎn)化率的貢獻(xiàn)大約是空間反應(yīng)的150倍