微尺度燃燒過程中表面反應(yīng)對(duì)氣相反應(yīng)的影響.pdf

1、基于燃燒的微能量系統(tǒng)在能量密度、成本以及環(huán)保等方面，相比于傳統(tǒng)的化學(xué)電池，具有明顯的優(yōu)勢(shì)和廣闊的發(fā)展前景，因此越來越受到人們的關(guān)注。當(dāng)微尺度燃燒的特征尺寸小到毫米甚至微米級(jí)別，燃燒室的體積非常小，使得內(nèi)部的氣相燃燒出現(xiàn)了一些問題:燃燒室面容比增加使散熱損失加劇，燃燒釋放的熱量不足以維持穩(wěn)定的燃燒，最終導(dǎo)致火焰容易發(fā)生淬熄;燃燒室特征尺寸縮小，使得有利于火焰?zhèn)鞑サ淖杂苫菀着c壁面碰撞而失活。因此，為了維持燃燒室內(nèi)的穩(wěn)定燃燒，必須采用特殊

2、的措施來解決上述氣相燃燒出現(xiàn)的問題，采用催化燃燒是其中的一種手段。
　　運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent，導(dǎo)入詳細(xì)的氫氧氣相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理和表面反應(yīng)機(jī)理，在數(shù)值模擬計(jì)算模型得到試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，對(duì)微通道內(nèi)部的氣相燃燒和催化燃燒過程進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。研究了三種不同反應(yīng)類型、催化單元以及入口參數(shù)對(duì)表面/氣相反應(yīng)的影響，獲得了一些具有學(xué)術(shù)和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的結(jié)果:
　　(1)表面反應(yīng)與氣相反應(yīng)在通道內(nèi)溫度分布、熱量傳遞方向、生成

3、產(chǎn)物的分布等方面存在著很大的差異;耦合反應(yīng)中由于有表面反應(yīng)的參與，使得其與氣相反應(yīng)之間也存在著一定的差異。耦合反應(yīng)下，表面反應(yīng)產(chǎn)生的熱量會(huì)對(duì)氣相反應(yīng)起到促進(jìn)作用，而表面反應(yīng)對(duì)反應(yīng)物組分的消耗會(huì)對(duì)氣相反應(yīng)起到削弱作用。在表面反應(yīng)對(duì)氣相反應(yīng)的影響因素中以表面反應(yīng)對(duì)反應(yīng)物組分的消耗為主。
　　(2)在布置了催化單元的微通道內(nèi)，催化單元的布置位置差異只會(huì)影響到催化段和下游的氣相反應(yīng)，對(duì)上游的氣相反應(yīng)則沒有影響。催化單元布置位置越靠近入口，

4、表面反應(yīng)對(duì)氣相反應(yīng)的影響強(qiáng)度越大、影響范圍也越廣。
　　(3)定義了一個(gè)催化面積比θ，用來考查催化單元的大小對(duì)微通道內(nèi)部表面/氣相反應(yīng)的影響。表明表面反應(yīng)對(duì)氣相反應(yīng)的影響隨催化面積比的增加而增強(qiáng)，而微通道內(nèi)的傳熱溫差和OH組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨催化面積比的增加而減小。
　　(4)考查了入口參數(shù)對(duì)微通道內(nèi)部表面/氣相反應(yīng)的影響。隨著入口流速的增大，表面反應(yīng)的影響會(huì)由催化段向下游氣相段延伸。表面反應(yīng)對(duì)氣相反應(yīng)的影響隨著當(dāng)量比的增加先增