本文關(guān)鍵詞：催化肋片對微燃燒室內(nèi)預(yù)混燃燒特性的影響

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【摘要】：基于碳氫燃料的微動力系統(tǒng)具有成本低、能量密度高等優(yōu)點,應(yīng)用前景廣闊。燃燒室作為微動力系統(tǒng)的核心部件,對微動力系統(tǒng)的整體性能有著重要的影響。隨著微燃燒室尺寸減小,其面容比增大,熱損失增大,導(dǎo)致燃燒穩(wěn)定性和充分性降低。催化燃燒由于具有污染低、燃燒效率高、可燃范圍寬、燃燒易穩(wěn)定等優(yōu)點,是解決上述問題的有效途徑。本文針對催化微燃燒室內(nèi)的燃燒情況進行了實驗研究,分析了催化劑對燃燒特性的影響。為了分析表面反應(yīng)與氣相反應(yīng)間的相互作用及主輔關(guān)系,加工了可視化微燃燒室,對燃燒室內(nèi)火焰特性進行了觀測。在實驗驗證基礎(chǔ)上,針對催化微燃燒室內(nèi)的燃燒特性進行了數(shù)值模擬,得到了入口流速、當(dāng)量比、催化劑布置位置等參數(shù)對燃燒室內(nèi)燃燒特性的影響,對比了有無催化時的吹熄極限,進一步分析了表面反應(yīng)與氣相反應(yīng)間的相互作用關(guān)系。論文的主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)對微燃燒室內(nèi)甲烷/氧氣預(yù)混火焰進行了觀測,分析了肋片有無催化以及催化肋片大小對火焰穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明,在富燃條件下,甲烷/氧氣預(yù)混合氣可在帶肋片的燃燒室內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。甲烷流量為300SCCM時,隨著氧氣流量的增加,火焰在燃燒室的傳播過程呈現(xiàn)穩(wěn)定、震蕩、再穩(wěn)定三個階段。催化劑的引入能夠使燃燒反應(yīng)穩(wěn)定,且能夠擴寬燃燒室的可燃極限。表面反應(yīng)對氣相反應(yīng)中間產(chǎn)物的消耗會抑制氣相反應(yīng)強度,氣相反應(yīng)產(chǎn)生的高溫反過來會抑制表面反應(yīng)強度。(2)改變催化條件,對微燃燒過程進行了系統(tǒng)的實驗研究,分析得出了有無催化、不同氧化劑、催化面積大小及布置位置對微燃燒室內(nèi)燃燒特性的影響。結(jié)果表明,氫氣和空氣或氧氣燃燒反應(yīng)時,催化燃燒室外壁面平均溫度均隨當(dāng)量比的增加先升高后降低。氫氣和空氣、氫氣和氧氣燃燒反應(yīng)時,催化燃燒室外壁面平均溫度分別在當(dāng)量比為1.1和1.0時達到峰值。隨著混合氣入口流速增加,燃燒室外壁面溫度逐漸升高,但升高的幅度逐漸減小。催化肋片位置的布置對燃燒室外壁面溫度分布的影響很大,催化肋片布置位置距離入口越遠燃燒室外壁面平均溫度越高。(3)建立了微尺度燃燒過程的數(shù)值計算模型并進行了實驗驗證,通過模擬計算獲得了表面反應(yīng)對吹熄極限的影響,并分析了氫氣/氧氣混合氣流速和當(dāng)量比以及催化劑布置位置對微燃燒室內(nèi)燃燒特性的影響。結(jié)果表明,催化肋片布置在燃燒室入口處時,表面反應(yīng)在當(dāng)量比為1.0時強度最高。在催化劑表面及附近時,表面反應(yīng)起主導(dǎo)作用;在距催化劑表面較遠處時,氣相反應(yīng)起主導(dǎo)作用。催化劑的引入能夠極大地擴寬燃燒室的吹熄極限,當(dāng)量比同樣為1.0時,催化燃燒室的吹熄極限從無催化時的22m/s擴展到46m/s。催化肋片位置距入口距離越遠,其對氣相反應(yīng)的影響就越小,但能獲得更均勻的燃燒室外壁面溫度分布且氫氣轉(zhuǎn)化率最高。本文較為詳細的研究了催化肋片對微燃燒室內(nèi)燃燒特性的影響,相關(guān)規(guī)律性結(jié)論具有一定的科學(xué)意義,同時也為催化微燃燒室的設(shè)計與優(yōu)化提供了理論指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK16

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本文編號：1292225