微細(xì)通道內(nèi)甲烷預(yù)混火焰自由基分布的實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)高效、持久、微型化的供能系統(tǒng)已經(jīng)成為該領(lǐng)域的重要目標(biāo)。與化學(xué)電池相比，碳?xì)淙剂暇哂心芰棵芏雀?、成本低、環(huán)保等優(yōu)勢。為了提高燃燒利用率，對燃燒過程的機(jī)理和詳細(xì)狀況進(jìn)行深入的研究和探討是必不可少的。雖然自由基失活引起的化學(xué)熄火逐步引起了大家的關(guān)注，但對壁面附近的自由基行為以及對火焰?zhèn)鞑ズ拖ɑ鸬挠绊憴C(jī)制，實(shí)驗(yàn)上還缺乏足夠的證據(jù)，數(shù)值解析方面的工作也較少。本文將針對此方面做出深入研究。
　　本文采用平面激光誘導(dǎo)

2、熒光設(shè)備實(shí)驗(yàn)研究甲烷/空氣預(yù)混燃燒火焰中 OH自由基在近壁面附近的行為，考察了壁面材料、雷諾數(shù)、當(dāng)量比和壁面間距對OH自由基的分布特性、最大熒光強(qiáng)度和淬熄距離的影響。研究發(fā)現(xiàn)：微通道內(nèi)OH自由基最大熒光強(qiáng)度最高的材料為304鋼，最低的為鎂合金AZ31B；淬熄距離最小的材料為304鋼，最大的為鎂合金AZ31B；最大OH自由基熒光強(qiáng)度越大，熄火間距就會越?。怀隹跉怏w流速的增加使火焰的最大熒光強(qiáng)度減少，使得OH自由基更易淬熄，造成淬熄距離較大

3、；減小過量空氣系數(shù)，最大熒光強(qiáng)度會增加；當(dāng)壁面間距為7 mm時，出現(xiàn)兩塊獨(dú)立的OH區(qū)域，中部幾乎不存在OH自由基，此現(xiàn)象為自由基熄滅再點(diǎn)火，主要原因是散熱條件下的熱熄火，而在上部壁面散熱影響小的區(qū)域重新著火。
　　為了探索壁面反應(yīng)作用于甲烷/空氣預(yù)混火焰中 OH自由基的影響規(guī)律，通過數(shù)值模擬的方法研究了壁面活性、進(jìn)氣速度、壓力和當(dāng)量比對微通道內(nèi)溫度分布特性和OH等自由基分布特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)：隨著反應(yīng)壓力的增加，微通道內(nèi)單位時間

4、自由基碰撞的次數(shù)變多，反應(yīng)溫度隨之升高。OH自由基在活性近壁面處會參與反應(yīng)，使得活性壁面微通道內(nèi)OH自由基質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于惰性壁面。隨著當(dāng)量比從0.6增加到1.2，反應(yīng)區(qū)域和高溫區(qū)域增大，但最高溫度隨之降低。微通道內(nèi)OH自由基質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨當(dāng)量比增大而增加，且惰性壁面附近 OH自由基增加的幅度大于活性壁面。增加流速，微通道內(nèi)擾動增強(qiáng)，燃燒反應(yīng)更加劇烈，導(dǎo)致微通道內(nèi)溫度升高，OH自由基質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨之增加。微通道內(nèi)H、O、OH和CH3自由基均呈現(xiàn)出惰