部分填充多孔介质的平板微燃烧器的燃烧与传热特性的实验研究

摘要

近年来随着微机电系统（MEMS）的快速发展，迫切需要一种高效率便捷式的电源装置，而微燃烧将燃料在微小燃烧器通过燃烧转化成电能的方法，成为一种很有潜力的形式。但是微燃烧存在散热较大，容易熄火，停留时间较短，火焰不稳定等问题。文中提出了基于平板型微燃烧器部分填充多孔介质的方式，通过多孔介质的热辐射对未燃气体进行预热从而提高燃烧强度。设计并搭建相应的实验系统，通过实验方法确定了部分填充多孔介质的平板微燃烧器的四种临界状态。其中，Φ1表示混合气体恰好点燃，并在燃烧器出口处形成稳定的本生灯火焰的临界情况；Φ2表示火焰发生回火，进入微燃烧器中；Φ3表示稳定于多孔介质中的火焰，脱离多孔介质，向上游传播，最终稳定于法兰处；Φ4表示稳定于多孔介质中的火焰，脱离多孔介质，向下游传播，最终吹至燃烧器出口处。当确定了上述四种临界状态后，对于任一当量比Φ，便可以判断其火焰存在形态：Φ＜Φ1，无法点火成功；Φ1＜Φ＜Φ2，火焰在燃烧器出口处形成本生灯火焰；Φ2＜Φ，火焰将发生回火；Φ4＜Φ＜Φ3，火焰将稳定于多孔介质中；Φ＜Φ4，火焰将在多孔介质中吹出，并稳定于燃烧器出口处，直待熄火。实验发现：多孔介质的填充位置，孔隙率，多孔介质的宽度，燃烧器的宽度等因素都会对四种临界状态以及多孔介质的稳燃范围造成不同程度的影响。但是，燃烧器宽度对其影响最大，随着燃烧器宽度的增大，多孔介质的稳燃范围明显缩小。另外基于微热光伏发电的应用，在火焰稳定于多孔介质时，测量了壁面的温度分布并计算了辐射率，发现：当燃烧器宽度增加时，壁面温度虽然升高，但是其壁面辐射率反而降低；另外实验过程中也发现随着壁面温度的峰值随着多孔介质到燃烧器入口的距离（Lin）增大，而向燃烧器出口处靠近，但是壁面辐射率反而在距燃烧器入口8 mm时达到最大。而在固定多孔介质的位置后，改变多孔介质的宽度（W）时，发现：壁面温度峰值并未与多孔介质的宽度（W）呈现出线型关系，在多孔介质宽度 W=5 mm时峰值最高，且对应壁面发射率最高，为平板微燃烧器应用于微热光伏发电提供了理论指导。

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字母注释表

第一章绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2国内外微尺度燃烧的研究现状

1.3本文主要研究内容

第二章实验系统的构建以及主要实验设备的介绍

2.1实验系统概述

2.2实验应用多孔介质及其他相关参数的说明

2.3主要实验设备的介绍

2.4预实验过程

2.5本章小结

第三章临界状态的测量以及测量结果的分析

3.1测量误差

3.2点火临界状态(Φ1)

3.2回火临界状态(Φ2)

3.3脱离多孔介质(Φ3)临界状态

3.4本章小结

第四章稳燃范围及壁面温度分布

4.1稳燃范围的测定

4.2多孔介质稳燃范围的确定以及影响因素的分析

4.3壁面温度分布情况

4.4本章小结

第五章结论与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

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