微尺度燃燒過程中表面反應對氣相反應的影響.pdf

1、基于燃燒的微能量系統(tǒng)在能量密度、成本以及環(huán)保等方面，相比于傳統(tǒng)的化學電池，具有明顯的優(yōu)勢和廣闊的發(fā)展前景，因此越來越受到人們的關注。當微尺度燃燒的特征尺寸小到毫米甚至微米級別，燃燒室的體積非常小，使得內部的氣相燃燒出現了一些問題:燃燒室面容比增加使散熱損失加劇，燃燒釋放的熱量不足以維持穩(wěn)定的燃燒，最終導致火焰容易發(fā)生淬熄;燃燒室特征尺寸縮小，使得有利于火焰?zhèn)鞑サ淖杂苫菀着c壁面碰撞而失活。因此，為了維持燃燒室內的穩(wěn)定燃燒，必須采用特殊

2、的措施來解決上述氣相燃燒出現的問題，采用催化燃燒是其中的一種手段。
　　運用計算流體力學軟件Fluent，導入詳細的氫氧氣相反應動力學機理和表面反應機理，在數值模擬計算模型得到試驗結果驗證的基礎上，對微通道內部的氣相燃燒和催化燃燒過程進行了數值模擬分析。研究了三種不同反應類型、催化單元以及入口參數對表面/氣相反應的影響，獲得了一些具有學術和實際應用價值的結果:
　　(1)表面反應與氣相反應在通道內溫度分布、熱量傳遞方向、生成

3、產物的分布等方面存在著很大的差異;耦合反應中由于有表面反應的參與，使得其與氣相反應之間也存在著一定的差異。耦合反應下，表面反應產生的熱量會對氣相反應起到促進作用，而表面反應對反應物組分的消耗會對氣相反應起到削弱作用。在表面反應對氣相反應的影響因素中以表面反應對反應物組分的消耗為主。
　　(2)在布置了催化單元的微通道內，催化單元的布置位置差異只會影響到催化段和下游的氣相反應，對上游的氣相反應則沒有影響。催化單元布置位置越靠近入口，

4、表面反應對氣相反應的影響強度越大、影響范圍也越廣。
　　(3)定義了一個催化面積比θ，用來考查催化單元的大小對微通道內部表面/氣相反應的影響。表明表面反應對氣相反應的影響隨催化面積比的增加而增強，而微通道內的傳熱溫差和OH組分質量分數均隨催化面積比的增加而減小。
　　(4)考查了入口參數對微通道內部表面/氣相反應的影響。隨著入口流速的增大，表面反應的影響會由催化段向下游氣相段延伸。表面反應對氣相反應的影響隨著當量比的增加先增