三阶突扩形微燃烧器燃烧特性研究及场协同分析

发布时间：2017-09-11 09:15

  本文关键词：三阶突扩形微燃烧器燃烧特性研究及场协同分析

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【摘要】：如今,微型系统在电子产品、汽车、军事、医学、航空、航天、环境监测等几乎所有领域都有着广泛的应用。目前微型系统还是主要依靠传统的化学电池提供能量,与之相比,碳氢燃料能量密度更高且更加环保,所以,在解决微型设备能源供给问题上,基于微尺度燃烧的微动力系统是目前最有前景的方案。然而与常规尺度下不同,在微尺度下实现稳定燃烧面临很多新的问题,例如热量损失高、驻留时间短以及燃烧室特征尺寸小于火焰的熄火距离等,另外,结构复杂的微燃烧器在制作加工中还面临许多困难。这些问题直接制约着微燃烧器的发展及实际应用。为此,本文以国家留学基金项目——微尺度多孔介质稳定燃烧机理及其应用研究[201208430262]为依托,采用数值仿真与实验验证相结合的方法,对三阶突扩形微燃烧器燃烧特性的影响规律进行深入研究和分析。论文的主要研究工作与创新点如下:(1)采用三阶突扩形微燃烧器结构,建立了微燃烧器的物理模型、数学模型和氢气燃烧化学反应动力学模型,通过在不同物理条件下对微燃烧器进行数值模拟,得到了氢气/空气混合气体的入口速度、当量比、入口温度和对流传热系数等物理边界条件对燃烧室内燃烧特性的影响规律。(2)利用场协同理论对三阶突扩形微燃烧器内燃烧区域进行了场协同分析,得到了速度矢量场与温度梯度场间的协同性随氢气/空气混合气体的入口速度、当量比、入口温度和对流传热系数等物理边界条件变化时的规律。(3)建立了一套实验系统,对三阶突扩形微燃烧器的燃烧特性进行了实验验证,仿真结果与实验结果吻合较好。
【关键词】：微尺度燃烧 微燃烧器 数值模拟 场协同分析
【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
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究的背景与意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 微尺度燃烧的研究现状11
• 1.2.2 微尺度燃烧器的实验研究11-14
• 1.2.3 微尺度燃烧器的数值模拟研究14-15
• 1.3 本文的主要内容15-17
• 第2章 三阶突扩形微燃烧器数值模拟仿真与分析17-31
• 2.1 微燃烧器的物理模型17
• 2.2 数学模型17-20
• 2.2.1 控制方程17-19
• 2.2.2 组分气体定压比热容19
• 2.2.3 气体粘性系数19
• 2.2.4 气体导热系数19
• 2.2.5 氢氧化学反应模型19-20
• 2.3 数值模型20-22
• 2.3.1 网络划分20-21
• 2.3.2 初始条件和边界条件确定21-22
• 2.4 数值模拟的结果与分析22-30
• 2.4.1 入口速度的影响22-24
• 2.4.2 当量比的影响24-26
• 2.4.3 入口温度的影响26-28
• 2.4.4 壁面散热的影响28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 三阶突扩形微燃烧器传热特性场协同分析31-39
• 3.1 对流传热场协同理论的提出31
• 3.2 对流传热场协同理论31-32
• 3.2.1 关于场协同理论的概念31-32
• 3.2.2 场协同数32
• 3.3 场协同理论的评价指标32-33
• 3.4 微燃烧器物理参数变化对协同角影响分析33-37
• 3.4.1 入口速度对场协同的影响分析33-34
• 3.4.2 当量比对场协同的影响分析34-35
• 3.4.3 入口温度对场协同的影响分析35-36
• 3.4.4 壁面散热条件对场协同的影响分析36-37
• 3.5 本章小结37-39
• 第4章 三阶突扩形微燃烧器燃烧特性的实验验证39-47
• 4.1 实验设计39-41
• 4.1.1 实验系统总体设计39-40
• 4.1.2 实验测量仪器40-41
• 4.2 实验操作方法41-42
• 4.3 实验验证结果42-46
• 4.3.1 不同入口速度下燃烧特性的验证结果43-44
• 4.3.2 不同当量比下燃烧特性的验证结果44-45
• 4.3.3 不同入口温度下燃烧特性的验证结果45-46
• 4.4 本章小结46-47
• 总结与展望47-49
• 参考文献49-55
• 附录A 攻读硕士学位期间发表学术论文和从事课题55-56
• 致谢56

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本文编号：829855