基于钝体的微尺度稳燃方法的数值模拟

摘要

由于碳氢化合物燃料的能量密度比目前世界上最好的锂电池高几十倍，因此，利用微尺度燃烧产生的能量来为不断涌现的各种MEMS设备提供动力，成为将来取代电池驱动的富有潜力的方法。微尺度燃烧面临的首要问题是稳燃。本文在对目前已有的微通道稳燃技术的优缺点进行全面分析的基础上，借鉴常规尺度燃烧中广泛采用的钝体稳燃技术，将其应用于平板型微通道燃烧器中。
　　 本文基于FLUENT软件,同时考虑氢气/空气的详细化学反应机理，对无钝体和有钝体的平板型微燃烧内的预混燃烧进行了系统地数值模拟，得到了以下结论：
　　 （1）无钝体时，平板型微燃烧室的吹熄极限随当量比的减小而几乎线性地减小；而有大小合适的钝体时，吹熄极限比无钝体时扩大了2-3倍，并且在较宽的当量比范围内保持不变，然后在当量比小于0.5时，吹熄极限迅速降低。
　　 （2）接近吹熄极限时，无钝体的平板型微燃烧室内存在偏斜的火焰形态，而有钝体时火焰仍然保持对称。
　　 （3）在无钝体和有钝体两种情况下，燃烧效率随进口速度和当量比都呈现先增高后降低的趋势；但是在较高进气速度下，有钝体时的燃烧效率更高。
　　 （4）钝体的存在使壁面温度更加对称和均匀，且在当量比为1时获得最高的壁面温度。
　　 （5）钝体相对大小对稳燃效果和燃烧效率以及壁面温度均匀性有重要影响。较大阻塞比有更好的稳燃效果，当钝体阻塞比小于等于0.3时，钝体将失去稳燃作用。
　　 论文最后设计了实验系统，并讨论了实验方案，为后续研究打下了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪 论

2 无钝体的平板型微燃烧室中的燃烧特性

3 有钝体的平板型微燃烧室中的燃烧特性

4 实验系统设计

5 总结与展望

致 谢

参考文献

附录 作者攻读硕士学位期间发表的论文