微通道內(nèi)腔體結(jié)構(gòu)對(duì)甲烷催化燃燒特性影響的數(shù)值研究.pdf

1、隨著微型機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的快速發(fā)展，其在生活、航空、生物、軍事等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。微型燃燒器作為微動(dòng)力裝置的主要供能系統(tǒng)，對(duì)其開(kāi)發(fā)和應(yīng)用已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。微燃燒器尺寸的減小，面積/體積比增大，影響了燃燒的穩(wěn)定性和高效性。催化燃燒是有效穩(wěn)定微尺度燃燒的方法之一，利用催化劑降低燃料的反應(yīng)活化能，從而提高燃燒效率。微燃燒室結(jié)構(gòu)對(duì)其內(nèi)的高效穩(wěn)定燃燒亦有重要影響，但目前對(duì)于微通道內(nèi)壁添加腔體結(jié)構(gòu)的甲烷催化燃燒研究不多，特別是針對(duì)凸腔

2、微槽道結(jié)構(gòu)對(duì)提高微燃燒穩(wěn)定性更加少見(jiàn)。因此本文開(kāi)展存在腔體槽道的微型通道內(nèi)甲烷的催化燃燒特性研究十分必要。
　　于此，論文采用詳細(xì)的基元反應(yīng)機(jī)理，首先對(duì)微直通道和存在凸腔和凹腔槽道的微通道內(nèi)甲烷/氧氣的催化燃燒進(jìn)行了數(shù)值研究，考察了當(dāng)量比、進(jìn)氣速度、壁面溫度對(duì)甲烷燃燒特性的影響。其次針對(duì)存在凸腔槽道的微通道，重點(diǎn)研究分析了凸腔槽道的寬長(zhǎng)比、深徑比、位置以及個(gè)數(shù)對(duì)于甲烷催化燃燒的轉(zhuǎn)化率、燃燒溫度以及熄火極限的影響。研究結(jié)果表明：

3、r>　?、傥⑼骨徊鄣栏欣诩淄榈奈⒊叨却呋紵?。凸腔燃燒室內(nèi)，流體流經(jīng)腔體時(shí)局部受阻，流體擾動(dòng)加劇，增加燃料對(duì)內(nèi)壁面的壓力，強(qiáng)化了甲烷與壁面催化劑的接觸，促進(jìn)。同時(shí)凸腔燃燒室內(nèi)，對(duì)流換熱加強(qiáng)，易形成較大的回流區(qū)域，卷吸高溫的氣體可燃燒溫度，也使燃燒室溫度分布更均勻。凸腔燃燒室內(nèi)甲烷的熄火極限最大，為16.5m/s。
　?、谠黾油骨婚L(zhǎng)寬比、深徑比、凸腔個(gè)數(shù)和將凸腔設(shè)置在通道下游（距出口處L1/L=0.25)均有利于提高甲烷的轉(zhuǎn)化效

4、率。其中增加凸腔深徑比對(duì)于甲烷催化燃燒的促進(jìn)效果比增加凸腔寬長(zhǎng)比好；當(dāng)進(jìn)氣速度較大時(shí)，將凸腔位置放置于通道下游可以明顯的提高甲烷轉(zhuǎn)化率。
　?、墼黾油骨粚掗L(zhǎng)比、深徑比，凸腔個(gè)數(shù)和將凸腔設(shè)置在通道下游（距出口處L1/L=0.25)，可延長(zhǎng)熄火極限。適當(dāng)增加凸腔寬長(zhǎng)比，提高通道內(nèi)部壁面燃料分壓力，有利于提高通道內(nèi)溫度，當(dāng)寬長(zhǎng)比為0.25時(shí)熄火極限最大，隨后有所下降；增加凸腔深徑比，產(chǎn)生的回流區(qū)域更大，甲烷催化燃燒出現(xiàn)渦街，回流區(qū)和渦街

5、有助于提高燃燒的穩(wěn)定性，同時(shí)縮短著火距離，延長(zhǎng)熄火極限；凸腔設(shè)置在通道下游（距出口處L1/L=0.25)可延長(zhǎng)熄火極限；增加凸腔個(gè)數(shù)，流體受到腔體的阻礙擾動(dòng)性更強(qiáng)，燃料對(duì)內(nèi)壁面的壓力變化增大，擴(kuò)大流體的回流區(qū)域，強(qiáng)化的壁面內(nèi)側(cè)的對(duì)流換熱和熱量向流動(dòng)的下游傳遞，升高通道內(nèi)的溫度，延長(zhǎng)熄火極限。
　?、茈S著甲烷/氧氣當(dāng)量比的增加，甲烷的轉(zhuǎn)化效率先增加后減小，在當(dāng)量比為1時(shí)達(dá)到最高值。隨著催化壁面溫度的增加，甲烷的轉(zhuǎn)化效率出現(xiàn)先增加后減