三棱锥/空心半球型钝体微燃烧器内甲烷催化燃烧特性数值研究

发布时间：2023-11-25 01:02

　　随着微机电系统的迅猛发展,微燃烧器作为一种新型的便携式动力装置得到日益广泛的应用。微燃烧动力装置具有体积小、质量轻、能量密度大等优点,在国防、军事和航空领域应用前景广阔,但燃烧空间较小、面容比较大、热量损失严重、燃烧不稳定、效率不高。如何保证微燃烧室内的高效、稳定燃烧,已成为微燃烧领域急需解决的关键问题和研究热点。研究表明,碳氢燃料的能源密度比当前阶段的锂电池高几十倍,所以,借助于碳氢燃料的燃烧为微动力装置提供能量是一种可行的方式。本文在深入分析了当前阶段的微通道稳燃技术的优缺点之后,采用钝体加入的方式来改善微尺度燃烧器的燃烧特性。本文基于FLUENT软件,同时考虑甲烷/氧气的详细化学反应机理,对平板型微燃烧器、三棱锥型钝体微燃烧器和空心半球形钝体微燃烧器的燃烧特性进行了详细的数值模拟分析。数值研究结果表明,因为三棱锥型钝体和空心半球型钝体的存在,三棱锥型钝体微燃烧器和空心半球形钝体微燃烧器的熄火极限相对于平板型微燃烧器扩大2.3倍和2.5倍左右,当量比1.0时对应的熄火极限分别为22.6m/s和24.5m/s。空心半球型钝体对于平板型微燃烧器燃烧特性的提升效果更佳。平板型微燃烧器和三...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

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英文摘要
主要符号表
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 微尺度燃烧所面临的问题
        1.2.2 现阶段稳燃方法
    1.3 目前研究的不足
    1.4 本课题的提出、研究目的、内容、技术路线
        1.4.1 课题的提出
        1.4.2 研究目的
        1.4.3 研究内容
        1.4.4 技术路线
2 物理、数学模型及计算方法
    2.1 模型的建立
        2.1.1 物理模型
        2.1.2 数学模型
    2.2 催化反应机理及计算方法
        2.2.1 催化反应机理
        2.2.2 计算方法
    2.3 数值计算验证
        2.3.1 网格无关性验证
        2.3.2 数值方法可行性分析
    2.4 小结
3 三棱锥型钝体微燃烧器燃烧特性分析
    3.1 平板型燃烧器和三棱锥型钝体微燃烧器燃烧特性对比
        3.1.1 当量比对三棱锥型钝体微燃烧器和平板型钝体微燃烧器的影响
        3.1.2 入口速度对三棱锥型钝体微燃烧器和平板型钝体微燃烧器的影响
    3.2 操作条件的影响
        3.2.1 当量比的影响
        3.2.2 进口速度的影响
        3.2.3 阻塞比的影响
    3.3 添氢的影响
    3.4 小结
4 空心半球形钝体微燃烧器燃烧特性分析
    4.1 空心半球形钝体微燃烧器和三棱锥型钝体微燃烧器燃烧特性对比
    4.2 甲烷质量分数沿空心半球形钝体微燃烧器轴向分布
    4.3 操作条件的影响
        4.3.1 当量比的影响
        4.3.2 进口速度的影响
        4.3.3 阻塞比的影响
    4.4 添氢的影响
    4.5 小结
5 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 后续研究工作展望
致谢
参考文献
附录
    A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文与专利目录
    B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目



本文编号：3866958