【摘要】：相比于傳統(tǒng)電池,微型動力裝置具備能量供給時(shí)間長、體積小與單位能量密度高等優(yōu)點(diǎn),使得這些設(shè)備在解決MEMS的動力問題上被給予厚望,讓其逐漸成為研究的熱點(diǎn)。作為微動力裝置的核心部件微型燃燒器,燃料能否在其中穩(wěn)定燃燒是決定整個(gè)裝置燃燒效率及功率輸出的關(guān)鍵。由于尺寸減小引起的面容比增大,使得火焰在微型燃燒器中面臨駐留時(shí)間短、散熱損失大造成火焰淬熄及不穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生等問題。因此很多措施被用于改善這些問題,包括摻混燃料燃燒及燃燒器內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。為此,本文設(shè)計(jì)出透明型平板式直通道燃燒器,選取純丙烷及摻氫丙烷作為研究對象,利用高速數(shù)碼相機(jī)結(jié)合紅外熱像儀分析了火焰形態(tài)及其轉(zhuǎn)變規(guī)律。取得以下研究結(jié)論:(1)針對丙烷/空氣預(yù)混氣體燃燒過程,選用內(nèi)部尺寸為40 mm×10 mm×3 mm的透明型平板式燃燒器作為研究對象,通過流速和當(dāng)量比的改變,總共發(fā)現(xiàn)了反復(fù)熄燃火焰、W型火焰、平直火焰、U型火焰、傾斜火焰以及X型火焰等6種形態(tài),并詳細(xì)分析了各種火焰的形態(tài)特征和轉(zhuǎn)變規(guī)律。(2)繪制出了當(dāng)量比0.5~1.2,流速10~89 cm/s工況范圍內(nèi)的火焰形態(tài)分布情況,并以此定義了絕對穩(wěn)定區(qū)域、相對穩(wěn)定區(qū)域與絕對不穩(wěn)定區(qū)域。由于火焰遲滯現(xiàn)象,不同形態(tài)火焰流速范圍將有部分重疊。隨著當(dāng)量比的遞增,火焰形態(tài)變化頻率依次增大,距離出口最大高度則逐步減小。通過對三種長度燃燒器火焰形態(tài)的對比研究,發(fā)現(xiàn)兩種穩(wěn)定型火焰以及FREI火焰的流速范圍均出現(xiàn)了30mm時(shí)最大,50 mm時(shí)次之,40 mm長度燃燒器最小的特征,但在高流速工況(如傾斜火焰)下則呈現(xiàn)出了完全不同的現(xiàn)象。借助無量綱火焰位置的概念,對部分不穩(wěn)定火焰所呈現(xiàn)的規(guī)律進(jìn)行定量的分析和解釋。(3)在純丙烷研究基礎(chǔ)上,探討了摻氫丙烷燃燒過程的基本特性和實(shí)施效果。研究結(jié)果表明,摻氫燃燒方式很好地克服了丙烷在微尺度條件下火焰不穩(wěn)定的缺點(diǎn),能極大提高穩(wěn)燃流速范圍,并抑制遲滯現(xiàn)象可能帶來的絕對穩(wěn)定區(qū)域減小。同時(shí),摻氫通過固定火焰位置與穩(wěn)定高溫區(qū)域來減緩火焰形態(tài)的轉(zhuǎn)變,從而抑制不穩(wěn)定火焰的生成。研究還發(fā)現(xiàn),摻氫比對U型火焰形態(tài)有很大影響,摻氫比越大,U型火焰位置與厚度越小。
【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】：2018
【分類號】：TK16
【圖文】：

（a）微型燃?xì)廨啓C(jī) （b）微型熱光伏系統(tǒng)（c）微型熱電系統(tǒng) （d）微型推進(jìn)器圖1.1 微型動力裝置Fig.1.1 Different kinds of power MEMS近20年來，一種基于碳?xì)淙剂衔⒊叨热紵奈⑿蛣恿ρb置由于具備功率密度高、供電時(shí)間長與體積小等優(yōu)點(diǎn)，讓國內(nèi)外學(xué)者產(chǎn)生了濃厚的興趣。最早由Epstein等人[1]提出了“Power MEMS”的概念后，多種形式的微型動力裝置被設(shè)計(jì)出來。按照工作原理可以把它們分為兩種[2-4]：第一種是微型熱機(jī)系統(tǒng)，借助相關(guān)設(shè)備直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。其中包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、微型自由活塞發(fā)動機(jī)、微型三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)和微型推進(jìn)器等。另一種是微型反應(yīng)器系統(tǒng)，其原理為

微尺度條件下純丙烷及摻氫丙烷燃燒特性及火焰形態(tài)的研究耦合，包括了兩類。第一種熱聲不穩(wěn)定是當(dāng)諧尺寸相當(dāng)?shù)臅r(shí)候，出現(xiàn)的不穩(wěn)定性通常以低頻性中，耦合發(fā)生在橫向或方位角方向的燃燒和應(yīng)的波長與燃燒室的橫向尺寸有關(guān)，所以振蕩火焰的研究進(jìn)展問題中，燃燒的不穩(wěn)定會直接導(dǎo)致微燃燒過程燒截然不同的特性。這是由于大量熱損失和劇學(xué)耦合導(dǎo)致了各種不穩(wěn)定火焰的出現(xiàn)。至于這，是需要進(jìn)一步分析與研究的。為此，國內(nèi)外燒過程的不穩(wěn)定火焰?zhèn)鞑ヌ匦宰隽撕芏嗟奶剿?

措施燃燒器的整體效率和功率密度，必須采取相尺度燃燒過程中存在各種各樣的缺點(diǎn)。燃燒過程的強(qiáng)化方面做了大量的研究工作化燃燒[3]、多孔介質(zhì)燃燒[27; 28]、以穩(wěn)燃為料燃燒等幾個(gè)方面。能比較典型的做法是將燃燒器設(shè)計(jì)成回?zé)釟怏w進(jìn)行預(yù)熱，使得新鮮混合氣具備較高瑞士面包卷結(jié)構(gòu)的燃燒器，新鮮未燃燒的的氣體從燃燒室切向流出。在這個(gè)過程混合氣中，使得對穩(wěn)燃有利的過量焓燃燒

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 周明月;楊衛(wèi)娟;鄧塵;周俊虎;劉建忠;岑可法;;微型圓管內(nèi)氫氣/甲烷/空氣催化燃燒實(shí)驗(yàn)[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2015年12期

2 馮耀勛;楊浩林;蔣利橋;汪小憨;趙黛青;山下博史;;壁面附近火焰OH自由基行為的PLIF研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2011年04期

3 伍亨,鐘北京;空間反應(yīng)和入口速度對甲烷催化反應(yīng)的影響[J];清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年05期

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1 劉思遠(yuǎn);基于鈍體的微尺度穩(wěn)燃方法的數(shù)值模擬[D];華中科技大學(xué);2011年

本文編號：2764618