传热对微型发动机甲烷催化燃烧特性影响的研究

摘要

为了解传热对微型发动机燃烧室内甲烷催化燃烧特性的影响,采用CH4和空气的预混合气体,对在活塞上表面和燃烧室顶部涂有Pt-La/γ-Al2O3催化剂的传热情况下的微型发动机的催化燃烧特性进行了实验研究及数值模拟,详细对比分析了3种典型的管壁材料(Si、Fe和矾土) 和有、无催化燃烧时微型发动机燃烧室内CH4的燃烧特性.结果表明:微型发动机受尺度减小引起的传热损失对催化燃烧过程影响不大;将微型自由活塞发动机预混合压燃方式与催化燃烧方式相结合,不仅可以提高燃烧效率,而且可以有效地解决传热损失、燃烧室尺寸微小化以及超短燃烧时间带来的对燃烧效率、能量转换效率和微型发动机输出功率、能量密度的限制瓶颈;有催化情况下的燃烧效率明显高于无催化,催化燃烧具有更高的燃烧室内温度,可以实现更高的动力和电能输出,微型发动机具有更高的输出功率和能量密度;导热系数较小的矾土的燃烧效率略高于导热系数较大的Si;微型发动机燃烧室的壁面材料应采用具有承受应力高、适应温度广、机械性能及抗变形能力强等优点的耐火陶瓷.研究结果为在微动力机电系统中实现催化燃烧以及扩展燃烧极限提供了理论依据.