微燃燒器內(nèi)不同碳氫燃料及摻混燃料燃燒特性的研究.pdf

1、隨著微加工技術的不斷進步，微型機電系統(tǒng)的開發(fā)得到了持續(xù)的突破。目前大多數(shù)微型設備仍由傳統(tǒng)化學電池進行驅(qū)動，但其較低的能量密度和不能長時間供電的缺陷，也逐漸成為該類系統(tǒng)進一步發(fā)展的瓶頸。近年來，得益于功率密度高、供電時間長以及體積小等優(yōu)點，一些基于碳氫燃料燃燒的微型動力系統(tǒng)倍受研究人員的青睞。這些裝置在MEMS動力問題的解決上被寄予了厚望，且其潛在應用場合也已向便攜式電子器件、無線通訊設備、無人飛行器等領域迅速拓展。
　　作為微型動

2、力系統(tǒng)最重要的部件，微型燃燒器設計的好壞對燃燒過程的穩(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間短、熱損失較大等問題，燃料選擇面窄、適應性差的缺陷也比較突出。為此，本文采用平板式微型燃燒器，對三種常見氣體燃料進行了對比分析，針對碳氫燃料穩(wěn)燃流速范圍窄的問題，提出了一款新型燃燒器的設計思路，并對微尺度條件下?lián)交烊紵绞降膶嵤┬ЧM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氣流量的增長向出口方向移動，從而造成穩(wěn)燃流速范圍過窄的問題。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)實現(xiàn)燃燒。在相同化學能輸入下，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）針對甲烷和丙烷穩(wěn)燃流速范圍窄的問題，設計了內(nèi)置十字隔板的平板式微型燃燒器。該種設計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。實驗和數(shù)值模擬的研究結(jié)果表明，當十字隔板長度為10mm時，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程將得到促進，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)燃流速上限均可達到1.4m/s左右。氫氣的摻入還實現(xiàn)了碳氫燃料在更小通道內(nèi)的燃燒，但