氫氣-空氣在多孔介質(zhì)微燃燒器中預混燃燒特性的數(shù)值模擬.pdf_第1頁
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文檔簡介

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,增強燃燒室熱循環(huán),可以作為增強微型燃燒器火焰穩(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,仍存在較多科學難題需要深入研究。
  本文分別應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上進一步考慮氣固兩相之間的對流換熱和氣相的熱彌散效應。
  本文首先分析了應用熱平衡模型條件下入口條件(入口流速 U0和當量比Φ)、多孔介質(zhì)屬性(多孔介質(zhì)孔隙率和多孔介質(zhì)導熱系數(shù)ks)以及壁面導熱系數(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。當多孔介質(zhì)導熱系數(shù) ks與壁面導熱系數(shù) kw在同一數(shù)量級時,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。
  本文還應用非熱平衡模型進行了數(shù)值模擬研究,作為熱平衡模型計算結(jié)果的補充和優(yōu)化。非熱平衡模擬過程中重點研究了各關(guān)鍵參數(shù)對熱循環(huán)效果的影響。結(jié)果表明:與更準確的非熱平衡模型相比,熱平衡模型計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、導熱系數(shù)很低時,兩種模型之間的差異減小。
  孔隙度和多孔介導熱系數(shù)ks在多孔介質(zhì)微燃燒室中對回熱效果有顯著的影響,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)對預熱未燃燒氣體起決定作用,通過燃燒室壁面的導熱引起的熱循環(huán)對預熱未燃燒氣體起次要作用??紫堵?、當量比Φ減小或者ks的增大都會導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

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