微型圓管中正庚烷-空氣預(yù)混催化燃燒特性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著微型推進(jìn)器、微型傳感技術(shù)、微電子機(jī)械及微加工技術(shù)的逐漸發(fā)展，毫瓦到瓦級(jí)動(dòng)力源的要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的充電式電源受限于能量密度和充電時(shí)間，并不是最佳的選擇，基于燃燒的微型燃燒系統(tǒng)具有體積小、能量密度高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)以及補(bǔ)充燃料方便快捷等優(yōu)勢(shì)，逐漸受到人們的關(guān)注。隨著尺度減小，燃燒器面積/體積比急劇增大，燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率隨之發(fā)生變化；探究催化燃燒的尺度效應(yīng)對(duì)微尺度能源系統(tǒng)的影響成為微尺度能源系統(tǒng)的重要問(wèn)題之一。本文圍繞這個(gè)科學(xué)問(wèn)題，開(kāi)展

2、了正庚烷在微型燃燒器內(nèi)燃燒特性和尺度效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，獲得了不同當(dāng)量比及入口流速下正庚烷催化燃燒特性和尺度效應(yīng)對(duì)正庚烷催化燃燒的影響。
　　在微型石英玻璃圓管內(nèi)進(jìn)行正庚烷/空氣預(yù)混催化燃燒特性實(shí)驗(yàn)，采用填充床布置Pt催化劑，Ce0.8Zr0.2O2為載體，主要研究了催化活性、燃燒器壁溫、最高溫度、轉(zhuǎn)化率、壁面散熱等特性。催化活性實(shí)驗(yàn)測(cè)得正庚烷在Φ=0.5的條件下的著火溫度為452K，且穩(wěn)定的催化燃燒可以在低于500K溫度下發(fā)生。自穩(wěn)

3、燃燒中，隨著雷諾數(shù)增大，壁面最高溫度逐漸向下游移動(dòng)，且高溫區(qū)擴(kuò)大，Φ=0.5和Φ=1兩種條件下燃燒器外壁最高溫度均在Re=125處發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折。在雷諾數(shù)相同的條件下，Φ=1的工況相對(duì)于Φ=0.5的工況壁面最高溫度和轉(zhuǎn)化率更高、散熱量占輸入熱量的比例更小，說(shuō)明Φ=1的工況更適于實(shí)際燃燒器的應(yīng)用。
　　為了探究載體Pt對(duì)正庚烷催化燃燒的影響，在內(nèi)徑為4mm的石英玻璃管中分別進(jìn)行正庚烷在Pt/Ce0.8Zr0.2O2和Ce0.8Zr0.

4、2O2布置填充床下的燃燒實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明正庚烷在負(fù)載催化劑的條件下可以在當(dāng)量比小于2的區(qū)域穩(wěn)定燃燒，而沒(méi)有催化劑的條件下正庚烷只能在當(dāng)量比超過(guò)2的區(qū)域穩(wěn)定燃燒，說(shuō)明載體上負(fù)載Pt有利于擴(kuò)大正庚烷/空氣在微型圓管燃燒器內(nèi)的穩(wěn)燃范圍；有催化劑的條件下，正庚烷/預(yù)混氣燃燒的壁面溫度和轉(zhuǎn)化率均高于同等條件下沒(méi)有催化劑的工況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明Pt催化劑對(duì)整個(gè)反應(yīng)起著決定性的作用。
　　采用Pt/Ce0.8Zr0.2O2布置填充床，在內(nèi)徑分別為

5、2,3,4mm的微圓管中進(jìn)行正庚烷催化燃燒實(shí)驗(yàn)，研究正庚烷自穩(wěn)燃燒機(jī)理及尺度效應(yīng)，獲得了穩(wěn)燃范圍、管壁溫度以及燃燒效率等參數(shù)。正庚烷能在壁溫低于430K的條件下維持穩(wěn)定的自穩(wěn)燃燒。隨著當(dāng)量比（Φ）增加，以雷諾數(shù)（Re）為標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)燃范圍逐漸擴(kuò)大，但是會(huì)間接導(dǎo)致燃料浪費(fèi)。隨著管徑增加，穩(wěn)燃下限的雷諾數(shù)逐漸減小，在內(nèi)徑為4mm的燃燒器內(nèi)雷諾數(shù)最低可達(dá)12。穩(wěn)燃下限附近，當(dāng)量比是影響壁溫的主要因素；而穩(wěn)燃上限則是由雷諾數(shù)主導(dǎo)。最高壁溫對(duì)應(yīng)的雷諾