微尺度平板燃燒器中甲烷、二甲醚催化燃燒研究.pdf

1、隨著移動(dòng)設(shè)備的小型化和微型加工技術(shù)的快速發(fā)展，微尺度燃燒逐漸成為微型能源系統(tǒng)中非常重要的一環(huán)，是微型設(shè)備發(fā)展的核心需求之一。但發(fā)展至今，微尺度催化燃燒仍然存在著一些問(wèn)題，如燃燒不夠穩(wěn)定、催化劑活性會(huì)燃燒過(guò)程中發(fā)生變化甚至失活、氣相反應(yīng)與催化反應(yīng)之間的相互作用關(guān)系不夠明確等等。
　　圍繞這些科學(xué)問(wèn)題，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法對(duì)微尺度平板燃燒器中影響催化燃燒的因素和氣相反應(yīng)與催化反應(yīng)相互關(guān)系進(jìn)行了研究，具體內(nèi)容如下：①獲取了甲烷、

2、二甲醚的微尺度催化燃燒特性，研究了入口流量、當(dāng)量比、燃燒器外部加熱溫度、燃燒器壁面材料導(dǎo)熱系數(shù)和燃燒器外表面換熱系數(shù)等參數(shù)對(duì)微尺度催化燃燒的影響；②研究了鉑顆粒的團(tuán)聚燒結(jié)和鉑的價(jià)態(tài)與催化劑活性變化之間的關(guān)系；③研究了甲烷氣相反應(yīng)與催化反應(yīng)之間的相互作用關(guān)系。
　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬的方法對(duì)比微尺度平板燃燒器中甲烷與二甲醚轉(zhuǎn)化率、燃燒器壁面溫度等等指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：入口流量會(huì)影響燃料在催化劑上的吸附，過(guò)小時(shí)燃燒放熱少，燃燒器溫度低

3、，過(guò)大時(shí)停留時(shí)間短，轉(zhuǎn)化率低；當(dāng)量比過(guò)低或過(guò)高會(huì)引起壁面進(jìn)入貧燃或富燃狀態(tài)，對(duì)催化燃燒均有不利影響；燃燒器外部加熱可以提高催化燃燒效率；壁面導(dǎo)熱系數(shù)小可以減少燃燒器散熱，但會(huì)引起熱量在部分區(qū)域聚集，壁面導(dǎo)熱系數(shù)大可以使壁面溫度分布均勻，同時(shí)降低了燃燒器整體溫度；燃燒器外表面換熱系數(shù)大會(huì)引起燃燒器整體溫度下降，甚至導(dǎo)致無(wú)法點(diǎn)火。
　　通過(guò)使用透射電子顯微鏡和X射線光電子能譜等表征方法，對(duì)24h連續(xù)燃燒前后的Pt/ZSM-5催化劑進(jìn)行

4、表征，發(fā)現(xiàn)鉑顆粒的團(tuán)聚燒結(jié)和部分零價(jià)鉑被氧化是引起催化劑活性下降的原因。
　　通過(guò)甲烷在0.2mm和1mm兩種間距的微尺度平板燃燒器中催化燃燒過(guò)程的數(shù)值模擬研究，對(duì)甲烷的氣相反應(yīng)和催化反應(yīng)分別進(jìn)行控制，獲得了兩種間距的微尺度平板燃燒器甲烷催化燃燒中壁面溫度、反應(yīng)放熱和OH質(zhì)量分?jǐn)?shù)等等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)：在甲烷催化燃燒中，氣相反應(yīng)均由催化反應(yīng)所引起；在0.2mm間距時(shí)，氣相反應(yīng)對(duì)催化反應(yīng)促進(jìn)作用明顯；在1mm間距時(shí)，氣相反應(yīng)對(duì)催化反應(yīng)的抑制