微燃燒器內(nèi)不同碳?xì)淙剂霞皳交烊剂先紵匦缘难芯?pdf

1、隨著微加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，微型機(jī)電系統(tǒng)的開發(fā)得到了持續(xù)的突破。目前大多數(shù)微型設(shè)備仍由傳統(tǒng)化學(xué)電池進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，但其較低的能量密度和不能長(zhǎng)時(shí)間供電的缺陷，也逐漸成為該類系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。近年來(lái)，得益于功率密度高、供電時(shí)間長(zhǎng)以及體積小等優(yōu)點(diǎn)，一些基于碳?xì)淙剂先紵奈⑿蛣?dòng)力系統(tǒng)倍受研究人員的青睞。這些裝置在MEMS動(dòng)力問(wèn)題的解決上被寄予了厚望，且其潛在應(yīng)用場(chǎng)合也已向便攜式電子器件、無(wú)線通訊設(shè)備、無(wú)人飛行器等領(lǐng)域迅速拓展。
　　作為微型動(dòng)

2、力系統(tǒng)最重要的部件，微型燃燒器設(shè)計(jì)的好壞對(duì)燃燒過(guò)程的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的功率輸出有著很大的影響。微尺度燃燒不僅存在駐留時(shí)間短、熱損失較大等問(wèn)題，燃料選擇面窄、適應(yīng)性差的缺陷也比較突出。為此，本文采用平板式微型燃燒器，對(duì)三種常見(jiàn)氣體燃料進(jìn)行了對(duì)比分析，針對(duì)碳?xì)淙剂戏€(wěn)燃流速范圍窄的問(wèn)題，提出了一款新型燃燒器的設(shè)計(jì)思路，并對(duì)微尺度條件下?lián)交烊紵绞降膶?shí)施效果進(jìn)行了探討。所取得的研究結(jié)論如下：
　?。?）得益于氫氣的易燃性，其火焰較為靠前，且位

3、置比較固定。而甲烷和丙烷工況的火焰位置將隨著進(jìn)氣流量的增長(zhǎng)向出口方向移動(dòng)，從而造成穩(wěn)燃流速范圍過(guò)窄的問(wèn)題。甲烷/空氣和丙烷/空氣的可燃通道高度分別為2.5mm和2mm，而氫氣/空氣可以在1mm的通道內(nèi)實(shí)現(xiàn)燃燒。在相同化學(xué)能輸入下，甲烷和丙烷工況下燃燒器外壁面的平均溫度明顯高于氫氣工況，且壁面溫度分布均勻性更好。（2）針對(duì)甲烷和丙烷穩(wěn)燃流速范圍窄的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了內(nèi)置十字隔板的平板式微型燃燒器。該種設(shè)計(jì)方法不僅可以起到固定火焰位置增大穩(wěn)燃流速

4、范圍的作用，燃燒器外壁面的平均溫度還能較直通道燃燒器提高90K以上。實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的研究結(jié)果表明，當(dāng)十字隔板長(zhǎng)度為10mm時(shí)，燃燒器的工作效果最佳。
　?。?）在甲烷、丙烷中添加少量氫氣后，OH等重要自由基的生成過(guò)程將得到促進(jìn)，從而可起到改善火焰穩(wěn)定性的作用，且摻氫比越大，混合燃料的穩(wěn)燃流速范圍提升幅度越明顯，在摻氫比20％的情況下，甲烷、丙烷的穩(wěn)燃流速上限均可達(dá)到1.4m/s左右。氫氣的摻入還實(shí)現(xiàn)了碳?xì)淙剂显诟⊥ǖ纼?nèi)的燃燒，但