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題，如燃燒不夠穩(wěn)定、催化劑活性會燃燒過程中發(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)問題，本文通過實驗和數(shù)值模擬的方法對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)對微尺度催化燃燒的影響；②研究了鉑顆粒的團聚燒結(jié)和鉑的價態(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。
　　通過實驗與數(shù)值模擬的方法對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：入口流量會影響燃料在催化劑上的吸附，過小時燃燒放熱少，燃燒器溫度低

3、，過大時停留時間短，轉(zhuǎn)化率低；當(dāng)量比過低或過高會引起壁面進入貧燃或富燃狀態(tài)，對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，同時降低了燃燒器整體溫度；燃燒器外表面換熱系數(shù)大會引起燃燒器整體溫度下降，甚至導(dǎo)致無法點火。
　　通過使用透射電子顯微鏡和X射線光電子能譜等表征方法，對24h連續(xù)燃燒前后的Pt/ZSM-5催化劑進行

4、表征，發(fā)現(xiàn)鉑顆粒的團聚燒結(jié)和部分零價鉑被氧化是引起催化劑活性下降的原因。
　　通過甲烷在0.2mm和1mm兩種間距的微尺度平板燃燒器中催化燃燒過程的數(shù)值模擬研究，對甲烷的氣相反應(yīng)和催化反應(yīng)分別進行控制，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，氣相反應(yīng)對催化反應(yīng)促進作用明顯；在1mm間距時，氣相反應(yīng)對催化反應(yīng)的抑制