催化肋片對(duì)微燃燒室內(nèi)預(yù)混燃燒特性的影響.pdf

1、基于碳?xì)淙剂系奈?dòng)力系統(tǒng)具有成本低、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。燃燒室作為微動(dòng)力系統(tǒng)的核心部件，對(duì)微動(dòng)力系統(tǒng)的整體性能有著重要的影響。隨著微燃燒室尺寸減小，其面容比增大，熱損失增大，導(dǎo)致燃燒穩(wěn)定性和充分性降低。催化燃燒由于具有污染低、燃燒效率高、可燃范圍寬、燃燒易穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是解決上述問(wèn)題的有效途徑。
　　本文針對(duì)催化微燃燒室內(nèi)的燃燒情況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，分析了催化劑對(duì)燃燒特性的影響。為了分析表面反應(yīng)與氣相反應(yīng)間的相互作用及主輔

2、關(guān)系，加工了可視化微燃燒室，對(duì)燃燒室內(nèi)火焰特性進(jìn)行了觀測(cè)。在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證基礎(chǔ)上，針對(duì)催化微燃燒室內(nèi)的燃燒特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了入口流速、當(dāng)量比、催化劑布置位置等參數(shù)對(duì)燃燒室內(nèi)燃燒特性的影響，對(duì)比了有無(wú)催化時(shí)的吹熄極限，進(jìn)一步分析了表面反應(yīng)與氣相反應(yīng)間的相互作用關(guān)系。論文的主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　?。?）對(duì)微燃燒室內(nèi)甲烷/氧氣預(yù)混火焰進(jìn)行了觀測(cè)，分析了肋片有無(wú)催化以及催化肋片大小對(duì)火焰穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，在富燃條件下，甲烷/

3、氧氣預(yù)混合氣可在帶肋片的燃燒室內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。甲烷流量為300SCCM時(shí)，隨著氧氣流量的增加，火焰在燃燒室的傳播過(guò)程呈現(xiàn)穩(wěn)定、震蕩、再穩(wěn)定三個(gè)階段。催化劑的引入能夠使燃燒反應(yīng)穩(wěn)定，且能夠擴(kuò)寬燃燒室的可燃極限。表面反應(yīng)對(duì)氣相反應(yīng)中間產(chǎn)物的消耗會(huì)抑制氣相反應(yīng)強(qiáng)度，氣相反應(yīng)產(chǎn)生的高溫反過(guò)來(lái)會(huì)抑制表面反應(yīng)強(qiáng)度。
　?。?）改變催化條件，對(duì)微燃燒過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，分析得出了有無(wú)催化、不同氧化劑、催化面積大小及布置位置對(duì)微燃燒室內(nèi)燃燒

4、特性的影響。結(jié)果表明，氫氣和空氣或氧氣燃燒反應(yīng)時(shí)，催化燃燒室外壁面平均溫度均隨當(dāng)量比的增加先升高后降低。氫氣和空氣、氫氣和氧氣燃燒反應(yīng)時(shí)，催化燃燒室外壁面平均溫度分別在當(dāng)量比為1.1和1.0時(shí)達(dá)到峰值。隨著混合氣入口流速增加，燃燒室外壁面溫度逐漸升高，但升高的幅度逐漸減小。催化肋片位置的布置對(duì)燃燒室外壁面溫度分布的影響很大，催化肋片布置位置距離入口越遠(yuǎn)燃燒室外壁面平均溫度越高。
　　（3）建立了微尺度燃燒過(guò)程的數(shù)值計(jì)算模型并進(jìn)行了

5、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)模擬計(jì)算獲得了表面反應(yīng)對(duì)吹熄極限的影響，并分析了氫氣/氧氣混合氣流速和當(dāng)量比以及催化劑布置位置對(duì)微燃燒室內(nèi)燃燒特性的影響。結(jié)果表明，催化肋片布置在燃燒室入口處時(shí)，表面反應(yīng)在當(dāng)量比為1.0時(shí)強(qiáng)度最高。在催化劑表面及附近時(shí)，表面反應(yīng)起主導(dǎo)作用；在距催化劑表面較遠(yuǎn)處時(shí)，氣相反應(yīng)起主導(dǎo)作用。催化劑的引入能夠極大地?cái)U(kuò)寬燃燒室的吹熄極限，當(dāng)量比同樣為1.0時(shí)，催化燃燒室的吹熄極限從無(wú)催化時(shí)的22m/s擴(kuò)展到46m/s。催化肋片位置距入