微尺度能源裝置在國防、醫(yī)院、軍事、民生等方向越來越重要。微尺度光電裝置作為微尺度能源裝置的一種,具有高壽命、高能量密度、安靜等特點,從而吸引了眾多科研人員的目光。微尺度燃燒器作為微尺度光電系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,其熱量利用率的能力決定了微尺度光電裝置的效率。微尺度燃燒器壁面受熱釋放光子,微尺度燃燒器壁面溫度高低決定了微尺度燃燒器的發(fā)光性能,壁面溫度的均勻的決定了有效光子的發(fā)射。因此如何提高燃燒器的壁面溫度成為本文研究的重點。熱-聲震蕩是燃燒過程中比較常見的現(xiàn)象,噪聲的出現(xiàn)會增加燃燒中的擾動性,進一步可能會造成燃燒過程中出現(xiàn)熄火現(xiàn)象。因此噪聲對于燃燒的過程中的熱反應(yīng)率、流體壓強、流體流速都會造成影響。不穩(wěn)定的熱反應(yīng)率又會加劇噪聲的出現(xiàn)。據(jù)作者所知,還沒有文獻設(shè)及到微尺度燃燒器中的熱-聲之間互相震蕩關(guān)系研究。在前人的文獻中提及,微尺度燃燒器中添加肋可以有效的提高微尺度燃燒器的壁面溫度,從而提高微尺度光電系統(tǒng)的發(fā)電效率。即使如此這種燃燒器的熱損失依然比較大,且出口流體依然具有較高溫度,這種燃燒器在文中命名為model(a)。文中設(shè)計兩種微尺度燃燒器,第一種燃燒器在出口處添加一根肋,用以強化傳熱效果,這種燃燒器命名為model(b),第二種燃燒器在modle(b)燃燒器的基礎(chǔ)上在再添加一根肋,這種燃燒器命名為model(c)。文中使用氫氣-氧氣作為混合燃料進行數(shù)值計算,計算結(jié)果表明在出口添加肋的方法,雖然能提升出口處附近壁面溫度,但是整個壁面溫度并沒有得到有效的提升。model(c)可以有效的提高整體壁面溫度且壁面溫度更加均衡。從溫度云度上看,model(c)的熱損失最小。在速度云圖上看,model(c)的流動損失最大。文中以model(a)為基礎(chǔ)探究進口震蕩對于微尺度燃燒的影響。文中使用火焰?zhèn)鬟f函數(shù)法確定在1000 Hz頻率附近為model(a)的共振頻率。文中分別以300 Hz和1000 Hz為進口擾動頻率探究其微尺度燃燒的影響。數(shù)值結(jié)果表明,在1000 Hz擾動頻率下,微尺度燃燒具有更高的噪聲情況,且流體流動更加紊亂。但時在1000 Hz擾動頻率下,微尺度燃燒器具有更高的燃燒穩(wěn)定性和更高的燃燒效率。
【學位單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TK16
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景和意義
        1.1.1 微尺度燃燒的研究意義
        1.1.2 微尺度燃燒面臨的問題
            1.1.2.1 駐留時間的影響
            1.1.2.2 大體面比的影響
            1.1.2.3 火焰熄火問題
    1.2 微尺度燃燒國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 基于燃燒的能源裝置
        1.2.2 微型動力裝置
        1.2.3 微型噴射推動器
        1.2.4 基于Swiss-roll微尺寸燃燒器的熱電裝置
        1.2.5 溫差發(fā)電裝置
        1.2.6 微尺度光電裝置
    1.3 微尺度燃燒器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 Swiss-roll燃燒器
        1.3.2 其他形式微尺度燃燒器
    1.4 燃燒不穩(wěn)定性國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.5 本課題的主要研究內(nèi)容
第2章 基本理論及軟件介紹
    2.1 基本軟件
        2.1.1 Chemkin軟件介紹
        2.1.2 Fluent軟件介紹
    2.2 燃燒控制方程
        2.2.1 穩(wěn)態(tài)燃燒控制方程
        2.2.2 非穩(wěn)態(tài)燃燒控制方程
    2.3 本章小結(jié)
第3章 微尺度燃燒器尺寸及模型驗證
    3.1 數(shù)值模型
        3.1.1 數(shù)值模型(非穩(wěn)態(tài)燃燒模型)
        3.1.2 數(shù)值模型(穩(wěn)態(tài)燃燒模型)
        3.1.3 數(shù)值模型邊界條件
            3.1.3.1 非穩(wěn)態(tài)燃燒邊界條件
            3.1.3.2 穩(wěn)態(tài)燃燒邊界條件
        3.1.4 模型網(wǎng)格
    3.2 結(jié)果
        3.2.1 模型驗證、網(wǎng)格驗證
        3.2.2 時間步長驗證
第4章 微尺度燃燒器熱-聲震蕩分析
    4.1 火焰?zhèn)鬟f函數(shù)(非穩(wěn)態(tài)燃燒)
    4.2 速度、壓強、放熱量傅里葉變化圖
    4.3 壓力、速度、放熱量波動趨勢
    4.4 軸向壓強、速度變化趨勢
    4.5 軸向溫度變化趨勢
    4.6 徑向H2和H2O濃度變化趨勢
    4.7 在1000 Hz和300 Hz激勵頻率下反應(yīng)的變化趨勢
    4.8 本章小結(jié)
第5章 三種不同結(jié)構(gòu)微尺度燃燒器燃燒性能分析
    5.1 進口流量為1.8551×10-5kg/s時,三種不同結(jié)構(gòu)燃燒器比較
    5.2 進口流量為2.1593×10-5kg/s時,三種不同結(jié)構(gòu)燃燒器比較
    5.3 進口流量為2.7875×10-5kg/s時,三種不同結(jié)構(gòu)燃燒器比較
    5.4 進口流量為2.0554×10-5kg/s時,三種不同結(jié)構(gòu)燃燒器比較
    5.5 進口流量為2.3057×10-5kg/s時,三種不同結(jié)構(gòu)燃燒器比較
    5.6 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)和展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
文獻參考
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文與專利
致謝

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本文編號：2844305