平板型微燃烧器钝体稳燃作用数值模拟分析

发布时间：2017-08-06 02:10

  本文关键词：平板型微燃烧器钝体稳燃作用数值模拟分析

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【摘要】：基于微尺度燃烧的元器件对许多领域具有重大影响作用,装置的微型化与微型系统的开发成为当前研究的重要课题。然而微动力能源系统的研究与开发面临诸多问题,其主要表现在散热损失大、气体混合物停留时间短、材料方面的限制和化学基元的壁面淬熄。从而造成了较大的热量损失和传热损失,导致了燃烧的不稳定和燃烧效率的低下。延长燃料的驻留时间,稳定燃烧器火焰,是解决微尺度燃烧的核心问题。只有解决这一核心问题,才能确保微能源动力系统尽快在工程上得到应用。本文在综合国内外对微燃烧研究的基础上,以国家自然科学基金(51176045)和国家留学基金(201208430262)为依托,对热光电微燃烧器的相关技术进行了深入的分析和研究。利用回流区稳燃原理,在微尺度的燃烧室中采用了常规燃烧室使用的钝体稳燃技术和突扩台阶稳燃原理,使用FLUENT软件对有、无钝体的平板型微燃烧室进行了模拟计算,根据计算结果,探究了钝体形状对微燃烧室的影响,设计了一款将突扩台阶与钝体相结合的平板型微燃烧室。论文主要创新点和研究工作如下:(1)建立了平板型微燃烧器模型,并对有、无钝体情况进行了对比模拟分析,得出了有、无钝体的平板型微燃烧室内温度场、压力场、燃烧效率和吹熄极限的分布规律,试验结果验证了数值模拟的有效性。(2)研究了不同形状钝体的平板型微燃烧室内流场与燃烧特性,揭示了燃烧室内温度场分布、燃烧效率、流场、反应区域和燃烧极限随着进气速度、当量比和钝体形状的变化规律。(3)设计了带有突扩台阶和钝体协同作用的平板型微燃烧器,得到了进气速度、当量比和阻塞比对燃烧室稳定燃烧的影响规律。结果表明,钝体有助于突扩平板型微燃烧室的稳定燃烧。
【关键词】：微燃烧器 稳定燃烧 钝体 突扩台阶 模拟分析
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-29
• 1.1 研究背景与研究意义13-21
• 1.1.1 研究背景13-18
• 1.1.2 研究意义18-19
• 1.1.3 微尺度燃烧面临的挑战19-21
• 1.2 国内外研究现状21-26
• 1.3 课题的提出26
• 1.4 本文的研究方法与内容26-29
• 1.4.1 研究目标26-27
• 1.4.2 研究方法27
• 1.4.3 研究内容27-29
• 第2章 燃烧室内钝体稳燃作用对比分析29-42
• 2.1 数值模拟计算29-32
• 2.1.1 物理模型和网格划分29-30
• 2.1.2 基本控制方程30-31
• 2.1.3 计算方案31-32
• 2.2 结果与讨论32-41
• 2.2.1 实验验证32-34
• 2.2.2 温度场分布34-36
• 2.2.3 压力分布36-37
• 2.2.4 燃烧效率37-39
• 2.2.5 吹熄极限39-41
• 2.3 本章小结41-42
• 第3章 不同形状钝体稳燃效果模拟分析42-53
• 3.1 数值模拟42-43
• 3.2 结果与讨论43-52
• 3.2.1 温度场分析43-45
• 3.2.2 钝体形状对燃烧效率的影响45-47
• 3.2.3 流场和反应区域47-50
• 3.2.4 吹熄极限50-52
• 3.3 本章小结52-53
• 第4章 钝体与突扩台阶协同稳燃模拟分析53-61
• 4.1 数值模拟53-54
• 4.1.1 物理模型53
• 4.1.2 数学模型53-54
• 4.1.3 计算方案54
• 4.2 结果和讨论54-60
• 4.2.1 入口速度对燃烧特性的影响54-57
• 4.2.2 阻塞比的影响57-60
• 4.3 本章小结60-61
• 总结与展望61-63
• 参考文献63-68
• 附录A 攻读硕士学位期间发表学术论文和参与课题68-69
• 致谢69

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本文编号：627898