逆流對沖燃燒器內(nèi)甲烷-空氣預(yù)混催化燃燒特性的數(shù)值研究.pdf

1、隨著微傳感器、微型飛行器、微型醫(yī)療設(shè)備、微流體泵、微型反應(yīng)器等微機電設(shè)備在人類生產(chǎn)生活中的推廣與應(yīng)用，可持續(xù)化的微小型動力源裝置成為了微機電設(shè)備發(fā)展的關(guān)鍵所在。在微型動力源裝置中，微型燃燒器因為其自身的高能量密度、攜帶方便、使用壽命長等特性，受到許多研究者的關(guān)注。
　　甲烷燃料含碳少、熱值高、儲量豐富、價格低廉，有利于未來微型動力源裝置的推廣與應(yīng)用。微型燃燒器由于其散熱速率大，燃料停留時間短等特點使得其在空間反應(yīng)上難以維持，需要借

2、助特定的穩(wěn)燃技術(shù)以實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。催化反應(yīng)的高效、無焰燃燒等特點適用于微型燃燒器的穩(wěn)燃。因此，研究微型反應(yīng)器內(nèi)甲烷空氣預(yù)混催化燃燒，為將來微型動力源裝置的應(yīng)用提供基礎(chǔ)，是很有必要的。
　　為了解決當(dāng)前微型燃燒器內(nèi)，燃料停留時間、進氣方式、預(yù)熱方式等存在的一些不足，本文提出了逆流對沖燃燒器。系統(tǒng)地研究了不同燃燒器下，進氣速度、當(dāng)量比、散熱條件和導(dǎo)熱條件對燃燒器燃燒特性的影響。對逆流對沖燃燒器進行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，研究了進氣口寬度 L2、下

3、游段長度 L1、下游段入口長度 L3、下游段入口高度H等因素對燃燒器燃燒特性的影響。
　　數(shù)值模擬計算結(jié)果表明，逆流對沖燃燒器利用預(yù)混氣體與高溫尾氣的逆流對沖效果，實現(xiàn)了延長燃料在燃燒室內(nèi)的停留時間，因而極大的提高了燃燒效率、甲烷轉(zhuǎn)化率與穩(wěn)燃范圍。逆流對沖燃燒器在進氣速度1.1m/s時，甲烷轉(zhuǎn)化率為80.30%，而平板燃燒器為67.99%，相比于平板燃燒器提高了18.11%。對流換熱系數(shù)的增大會降低甲烷反應(yīng)速率，使燃燒器穩(wěn)燃極限變

4、窄，但燃燒效率是增大的。導(dǎo)熱系數(shù)對燃燒器存在雙重作用，在提高進氣預(yù)熱溫度的同時也提高了尾氣的出口溫度。
　　對逆流對沖燃燒器幾何參數(shù)對甲烷催化燃燒特性的影響進行數(shù)值研究，結(jié)果表明，改變進氣口寬度L2和下游段入口長度L3對燃燒器的進氣速度極限和甲烷轉(zhuǎn)化率有顯著的影響。與L2=1.0mm相比，L2=0.1mm的進氣速度極限提高了34%，而在進氣速度2.1m/s時，L2=0.1mm的甲烷轉(zhuǎn)化率提高了8.7%。改變進氣口寬度L2可以調(diào)節(jié)預(yù)