氫氣-空氣在多孔介質(zhì)微燃燒器中預(yù)混燃燒特性的數(shù)值模擬.pdf

1、微尺度燃燒隨著 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)技術(shù)的發(fā)展而被提出，在便攜式發(fā)電方面存在很大潛力。多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)通過提高熱傳導(dǎo)，增強(qiáng)燃燒室熱循環(huán)，可以作為增強(qiáng)微型燃燒器火焰穩(wěn)定性的一種潛在手段。多孔介質(zhì)微型燃燒技術(shù)從九十年代才開始發(fā)展，仍存在較多科學(xué)難題需要深入研究。
　　本文分別應(yīng)用熱平衡模型和非熱平衡模型兩種常用研究思想對氫氣/空氣的預(yù)混氣體在平板型多孔介質(zhì)微燃燒室內(nèi)的燃燒特性展開C

2、FD模擬研究。非熱平衡模型在熱平衡模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步考慮氣固兩相之間的對流換熱和氣相的熱彌散效應(yīng)。
　　本文首先分析了應(yīng)用熱平衡模型條件下入口條件（入口流速 U0和當(dāng)量比Φ）、多孔介質(zhì)屬性（多孔介質(zhì)孔隙率和多孔介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)ks）以及壁面導(dǎo)熱系數(shù) kw對壁面溫度、火焰溫度、火焰位置、火焰速度等燃燒特性的影響。研究表明，相比于自由火焰，多孔介質(zhì)微型燃燒室可以實(shí)現(xiàn)更高的壁面溫度、更低的火焰溫度及更均勻的溫度分布和 OH分布。在有多孔介質(zhì)

3、填充的微尺度燃燒室內(nèi)火焰位置隨著入口流速的增大呈“U”形發(fā)展。當(dāng)多孔介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù) ks與壁面導(dǎo)熱系數(shù) kw在同一數(shù)量級時(shí)，有助于將火焰穩(wěn)定在狹窄的范圍內(nèi)。另外火焰速度隨入口流速的增大線性變化。
　　本文還應(yīng)用非熱平衡模型進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，作為熱平衡模型計(jì)算結(jié)果的補(bǔ)充和優(yōu)化。非熱平衡模擬過程中重點(diǎn)研究了各關(guān)鍵參數(shù)對熱循環(huán)效果的影響。結(jié)果表明：與更準(zhǔn)確的非熱平衡模型相比，熱平衡模型計(jì)算得到的火焰溫度偏低，火焰位置偏上游。但是多孔介質(zhì)

4、導(dǎo)熱系數(shù)很低時(shí)，兩種模型之間的差異減小。
　　孔隙度和多孔介導(dǎo)熱系數(shù)ks在多孔介質(zhì)微燃燒室中對回?zé)嵝Ч酗@著的影響，主要表現(xiàn)在火焰位置和壁溫分布的差異上，但是燃燒溫度隨這兩個(gè)參數(shù)的變化基本不變。
　　氣體混合物和多孔介質(zhì)之間的對流換熱引起的熱循環(huán)對預(yù)熱未燃燒氣體起決定作用，通過燃燒室壁面的導(dǎo)熱引起的熱循環(huán)對預(yù)熱未燃燒氣體起次要作用?？紫堵?、當(dāng)量比Φ減小或者ks的增大都會導(dǎo)致流體向固體的對流換熱效率ηg-s增大。通過壁面?zhèn)鬟f熱