微型燃燒器內(nèi)甲烷預混催化燃燒的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著微電子機械系統(tǒng)技術的迅速發(fā)展,微器件對許多領域的影響日趨明顯,裝置的微型化與微型系統(tǒng)已成為當今研究的重要課題。近幾年發(fā)展起來的體積在1cm3量級上,能產(chǎn)生約10-100W功率的微型發(fā)動機已引起了世界各國的普遍關注。微型發(fā)動機具有能量密度高、壽命長、體積小、重量輕、結構簡單等優(yōu)點,將對微電子、信息、生物等各個行業(yè)產(chǎn)生巨大的積極影響。甲烷燃料容易獲得、價格低廉,在未來數(shù)十年內(nèi)將是微型氣體發(fā)動機的主要燃料。微型燃燒器的尺寸較小、散熱速率較

2、大,使常規(guī)空間反應無法穩(wěn)定進行,因此,有必要研究微型燃燒器內(nèi)甲烷預混催化燃燒,為微型發(fā)動機碳氫燃料燃燒技術打下基礎。微型燃燒器由四層不銹鋼材料采用電火花技術加工而成,主要包括預混腔和燃燒腔兩個腔室。采用連續(xù)介質層流有限速率模型二階離散的方法,對三維微型燃燒器內(nèi)各微小復雜流道內(nèi)的催化燃燒、流動和傳熱進行了詳細的數(shù)值模擬計算。研究了預混腔結構、甲烷質量流量、過量空氣系數(shù)及壁面邊界條件等因素對甲烷-空氣混合物在微型燃燒器內(nèi)催化燃燒的影響。數(shù)值

3、模擬計算結果表明,氣體流動為層流,催化燃燒主要在燃燒腔的下壁面進行,表面催化燃燒不同于常規(guī)燃燒,沒有火焰區(qū)域,火焰的溫度分布為層狀。預混腔結構對預混效果有較大影響,但預混腔結構對甲烷轉化率的影響不大。隨著甲烷質量流量的增大,甲烷轉化率減小,當壁面溫度較低時,熱負荷先增大后減小,當壁面溫度較高時,熱負荷增大。過量空氣系數(shù)是微型燃燒器內(nèi)催化燃燒的重要影響因素,甲烷轉化率隨過量空氣系數(shù)的增大先增大后減小,存在一個最佳過量空氣系數(shù)。當催化壁面溫