預(yù)熱及催化條件下微自由活塞動力裝置燃燒過程研究.pdf

1、具有高能量密度以及較長使用壽命的微動力機電系統(tǒng)，因其具有廣泛的應(yīng)用前景，越來越受到人們的關(guān)注。而在動力裝置微型化的過程中，出現(xiàn)了一些難題如:燃燒過程較難控制，難以在較為寬泛的初始條件下實現(xiàn)穩(wěn)定及可靠的著火燃燒。本文正是針對擁有以上特點的微自由活塞動力裝置，開展了燃燒穩(wěn)定性及可靠性方面的研究。主要通過兩個方面:一、預(yù)熱，二、表面催化，來提高微自由活塞動力裝置著火可靠性并且拓寬著火界限。
　　首先本文對結(jié)合預(yù)熱及催化作用的微自由活塞動

2、力裝置，進行了概念性設(shè)計。通過催化作用降低了燃燒反應(yīng)所需的活化能，拓寬了著火界限;對均質(zhì)預(yù)混合氣體進行預(yù)熱，降低了壓燃?xì)怏w著火條件，提高了著火燃燒可靠性。其次分別通過實驗與數(shù)值模擬兩種方式，研究了預(yù)熱及催化條件下微自由活塞動力裝置燃燒過程。
　　本文搭建了微自由活塞動力裝置單次沖擊著火燃燒實驗平臺。對實驗裝置各部分:預(yù)混燃?xì)夤┙o系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、微燃燒主體、預(yù)熱控溫系統(tǒng)、可視化采集系統(tǒng)進行了設(shè)計。獲得了三種典型的著火形式，開展了帶有

3、預(yù)熱裝置的燃燒過程可視化實驗研究。研究表明適當(dāng)?shù)膶旌蠚膺M行預(yù)加熱對微燃燒過程十分有必要。在其余初始條件相同的情況下，隨著預(yù)熱初始溫度的增加，微燃燒室內(nèi)混合氣著火容易，燃燒更劇烈，自由活塞單次沖程所用時間縮短，著火時刻提前。較高的預(yù)熱溫度能夠降低壓燃著火所需的初動能。
　　本文建立了微自由活塞動力裝置單次沖擊壓燃過程的物理模型與數(shù)學(xué)模型。確定了模型所采用的燃燒反應(yīng)機理，構(gòu)建了模型計算方法。通過編譯用戶自定義UDF文件的方式，定義了

4、自由活塞（運動邊界）的運動規(guī)律，耦合了自由活塞運動過程以及化學(xué)反應(yīng)過程。通過數(shù)值模擬研究，分析了預(yù)熱對壓燃著火條件、著火時刻、著火燃燒過程、臨界壓燃初動能以及做功能力的影響;同時分析了微燃燒室底面催化對壓燃著火界限、著火時刻、著火燃燒過程、以及做功能力的影響;最后分析了預(yù)熱及催化雙重作用下，自由活塞初速度對壓燃過程的影響。
　　本文的研究工作豐富了微動力裝置燃燒穩(wěn)定性及可靠性方面的基礎(chǔ)理論研究，并且為微動力裝置的后續(xù)開發(fā)提供了有價