發(fā)布時間：2020-07-23 08:28

【摘要】：微加工技術(shù)的快速發(fā)展,使得基于碳?xì)淙剂先紵奈⑿蛣恿ο到y(tǒng)取得了持續(xù)性的突破。該系統(tǒng)具有高的能量密度、工作時間長和體積小等優(yōu)點,故在便攜式電子領(lǐng)域具有很大的潛力。微型燃燒器作為微型動力系統(tǒng)的核心部件,其工作性能的好壞直接決定了系統(tǒng)的動力輸出。與常規(guī)尺度燃燒相比,當(dāng)燃燒器尺寸縮小后,大的面積/容積比會使得壁面散熱損失增加。同時,混合氣在微通道內(nèi)的駐留時間也得到了縮短。這些問題嚴(yán)重地制約著微型動力系統(tǒng)的發(fā)展。因此,深入地了解火焰的基本燃燒特性對于火焰穩(wěn)定性的改善也將顯得至關(guān)重要。本文結(jié)合實驗和數(shù)值模擬的方法全面地探究了火焰在微尺度條件下的燃燒特性,并提出了一種簡單可行的摻混燃燒方案,研究結(jié)果可為微尺度燃燒的后續(xù)發(fā)展提供了一些參考依據(jù)。論文主要研究工作和創(chuàng)新點如下:(1)搭建了微尺度燃燒可視化實驗平臺,整體加工了全透明平板式石英燃燒器,通過進氣流速的改變發(fā)現(xiàn)了甲烷/空氣在微通道內(nèi)的七種火焰?zhèn)鞑ツＪ?包括:反復(fù)熄燃、弱火焰、平直火焰、U型火焰、胞格火焰、傾斜火焰以及振蕩火焰。(2)構(gòu)建了基于詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機理下預(yù)混甲烷/空氣在平板式微型燃燒器內(nèi)燃燒過程的三維計算模型,并結(jié)合實驗的測試結(jié)果對模型的正確性進行了驗證。初步地探討了火焰的基本燃燒特性,并通過改變進氣流速和當(dāng)量比,得出了這些參數(shù)對火焰特性的影響,進一步揭示了火焰形態(tài)與吹熄極限之間的規(guī)律。(3)考察了燃燒器結(jié)構(gòu)尺寸和材質(zhì)對火焰特性及燃燒過程的影響,總結(jié)了燃燒過程、火焰形態(tài)隨相關(guān)影響因素的變化規(guī)律,優(yōu)化了改善火焰吹熄極限的燃燒器幾何參數(shù),重點對比了導(dǎo)熱系數(shù)對某些火焰形態(tài)的影響,歸納了火焰穩(wěn)定性隨導(dǎo)熱系數(shù)的變化規(guī)律。(4)鑒于純甲烷可燃流速范圍過窄和火焰容易變得不穩(wěn)定的缺陷,設(shè)計了一種新穎的摻混燃燒方案,實驗地研究了摻混對燃燒過程的影響。為了揭示摻混在改善火焰穩(wěn)定性方面的作用機制,進一步分析了不同摻混比對各類火焰存在范圍、火焰轉(zhuǎn)變點、不穩(wěn)定火焰變化頻率以及穩(wěn)定火焰形態(tài)和位置的影響。
【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】：2019
【分類號】：TK16
【圖文】：

圖 1.1 麻省理工學(xué)院研制的微型燃?xì)廨啓Co-gas turbine engines developed by Massachusetts Institutea等人[9]宣稱研制出了一個世界上最小的燃?xì)廨啓C四部分組成，包括一個直徑 16 mm 的壓縮機，一

日本Tanaka等人[9]宣稱研制出了一個世界上最小的燃?xì)廨啓C，如圖1.2所示。該發(fā)動機主要由四部分組成，包括一個直徑 16 mm 的壓縮機，一個直徑 17.4 mm的渦輪，一個環(huán)形燃燒室和一個虛擬電磁發(fā)電機。轉(zhuǎn)子由外壓氣體軸承支承，而不是流體動力氣體軸承，故可以用于實際發(fā)動機中。布雷頓循環(huán)的轉(zhuǎn)速為 360000rpm，占額定轉(zhuǎn)速的 62%。該發(fā)動機有望應(yīng)用于未來的移動機器人、個人車輛等領(lǐng)域。圖 1.2 日本東北大學(xué)研制的微型燃?xì)廨啓CFig 1.2 Micro-gas turbine engines developed by Tohoku University1.2.2 微型三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機旋轉(zhuǎn)汪克爾發(fā)動機最早是由工程師 Felix Wankel[10]于 1957 年發(fā)明的。其工作原理是利用一個橢圓形腔內(nèi)三角形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動將熱能轉(zhuǎn)化為機械能，而不需要傳統(tǒng)的往復(fù)活塞。這種緊湊的發(fā)動機設(shè)計使得單位重量化學(xué)能燃燒輸出的功

微通道內(nèi)純甲烷/摻混二甲醚燃燒特性的研究機成為可能。目前，該發(fā)動機已成功應(yīng)用于馬自燃燒室和轉(zhuǎn)子在高轉(zhuǎn)速下的磨損之間的密封問題克利分校 Fernandez-Pello 和他的同事[11, 12]最早燃料燃燒的微型三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機，如圖 1.3 所示為 0.064 mm3的燃燒器內(nèi)，通過采用直徑為 1 m000 rpm 時提供 13.9 W 的動力輸出。轉(zhuǎn)子發(fā)動機的控制和供給，利用發(fā)動機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頂點掃氣和尾氣排出，這有助于簡化微型裝置的設(shè)計。由的問題，發(fā)動機最終只產(chǎn)生了 2.7 W 的功率輸出

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 蔣利橋;趙黛青;郭琛綿;汪小憨;山下博史;;平面火焰微燃燒器及其溫差熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2010年05期

2 潘劍鋒,楊文明,李德桃,黃俊;微熱光電系統(tǒng)原型的設(shè)計制造和測試[J];工程熱物理學(xué)報;2005年05期

3 潘劍鋒,李德桃,鄧軍,張孝友,衛(wèi)堯,唐維新;微熱光電系統(tǒng)燃燒的若干影響因素的試驗研究[J];機械工程學(xué)報;2004年12期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 萬建龍;微細(xì)通道中多種效應(yīng)的耦合作用對火焰穩(wěn)定性的影響[D];華中科技大學(xué);2016年

本文編號：2767105