不同結(jié)構(gòu)微燃燒室內(nèi)氫-氧預(yù)混合燃燒的實驗和模擬研究.pdf

1、隨著電子機(jī)械系統(tǒng)面向小型化、高效化、集成化方向的發(fā)展，人們對于質(zhì)量輕、壽命長的微型動力裝置的需求日益迫切?；谔?xì)淙剂先紵奈恿ο到y(tǒng)順應(yīng)這一需要，且在功率密度、燃料供給和能源輸出形式方面具有顯著優(yōu)勢。微燃燒室是該類系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化的核心部件，由于微尺度條件下燃燒器尺寸的縮小，使得燃燒室面容比增大，繼而導(dǎo)致散熱速率急劇增加，常規(guī)火焰無法得到穩(wěn)定，另外，火焰?zhèn)鞑サ淖杂苫菀滓蚺鲎脖诿娑セ钚?，從而使得火焰?zhèn)鞑ピ桨l(fā)困難。鑒于此，針對微燃燒室

2、的優(yōu)化改進(jìn)已經(jīng)得到學(xué)者們廣泛的關(guān)注。
　　本文設(shè)計了兩種不同結(jié)構(gòu)的燃燒室，即帶截面突變的燃燒室和帶對稱凸臺的燃燒室。利用實驗的方法和數(shù)值模擬手段，針對微燃燒室內(nèi)部氫氣/氧氣預(yù)混合燃燒特性，對比分析有截面突變的燃燒室和無截面突變的燃燒室。另外借助數(shù)值計算軟件Ansys Fluent，分析了帶對稱凸臺的燃燒室內(nèi)部燃燒特性。此外還對比分析了兩種不同結(jié)構(gòu)的燃燒室內(nèi)部燃燒特性，以獲得更優(yōu)的燃燒室效率。論文的主要研究內(nèi)容及所得主要結(jié)論如下：<

3、br>　　（1）針對微燃燒室內(nèi)部氫氧預(yù)混燃燒特性，通過實驗對比分析有截面突變的燃燒室和無截面突變的燃燒室，通過改變預(yù)混氣當(dāng)量比和混合氣入口流速，分析了燃燒室內(nèi)部燃燒情況。結(jié)果表明，帶截面突變的燃燒室的外壁面平均溫度在當(dāng)量比為1時達(dá)到最大值，且隨著當(dāng)量比從1開始變大或變小，燃燒室外壁面平均溫度均降低。混合氣入口流速的增加會加劇燃燒過程，使外壁面平均溫度升高。
　?。?）在試驗驗證的基礎(chǔ)上，耦合詳細(xì)的氫氣/氧氣化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)機(jī)理，建立

4、了微燃燒室的三維數(shù)值計算模型并進(jìn)行了實驗驗證，根據(jù)燃燒室內(nèi)部溫度和組分分布情況，對比分析截面突變對燃燒室內(nèi)部燃燒過程的影響。結(jié)果表明，截面突變的尺寸增加，微燃燒室內(nèi)的高溫區(qū)域擴(kuò)大。增加混合氣的入口流速，微燃燒室內(nèi)流體的溫度升高。采用截面突變的結(jié)構(gòu)有利于減緩入口流速增加所引起的氫氣轉(zhuǎn)化率下降的趨勢。
　?。?）設(shè)計出帶對稱凸臺的燃燒室，通過數(shù)值模擬分析了帶對稱凸臺的燃燒室內(nèi)部燃燒特性。結(jié)果表明，增加對稱凸臺的高度對燃燒室內(nèi)混合氣的溫