在微加工技術(shù)迅速發(fā)展的時代下,電子機械產(chǎn)品的微型化已成為新時期的主流。基于特征長度毫米級的碳氫燃料的微機電系統(tǒng)即可輸出1¹00W范圍的功率,憑借其工作時間長、較其它傳統(tǒng)電池能量密度高、體積小、易攜帶、無危害等優(yōu)點引領(lǐng)新潮流,在人們生活中已得到普遍應(yīng)用,如微型飛行器、微型機器人、微型電腦、便攜式電子產(chǎn)品等。在眾多微型動力系統(tǒng)中,本文采用了基于HCCI（Homogeneous Charge Compression Ignition）的微型自由活塞發(fā)動機（Micro Free Piston Engine:Micro-FPE）方案,該方案使用的HCCI燃燒方式可以有效解決微機電系統(tǒng)核心部件——微燃燒室易發(fā)生火焰焠息的問題,而易微型化的自由活塞發(fā)動機可以克服燃燒過程難控制的問題。隨著Micro-FPE的尺寸減小,實現(xiàn)裝置正常運行所消耗的初動能也減小,因此針對HCCI燃燒的Micro-FPE可運行尺寸界限的研究對微型化機電系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。本文通過搭建Micro-FPE的可視化試驗臺架,利用高速數(shù)碼相機攝取微燃燒室內(nèi)均質(zhì)混合氣（二甲醚/氧氣）的燃燒過程,并借助數(shù)據(jù)處理系... 

【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

液烴、內(nèi)燃機、原電池和可充電池的能量密度對比圖

（1）微型熱光電系統(tǒng)微型熱光電系統(tǒng)的工作原理主要是通過光電池，將高溫?zé)彷椛潴w表面發(fā)出的輻射光子轉(zhuǎn)換為電能。新加坡國立大學(xué)楊文明等人[5,6]設(shè)計出了一種基于碳化硅材質(zhì)的微型熱光電系統(tǒng)，如圖 1.2 所示。該微型熱光電系統(tǒng)的工作原理是：碳氫燃料和氧氣經(jīng)預(yù)混合后在基于碳化硅材質(zhì)的燃燒器中發(fā)生燃燒并釋放出大量的熱量，加熱燃燒器的外壁面，燃燒器四周的光電池接收來自高溫外壁面釋放的大量輻射能，依靠光電效應(yīng)產(chǎn)生電能。在外徑為 3mm 的燃燒器中，采用當(dāng)量比為 0.9 的氫氧混合氣，獲得 1.02W 的電能輸出[7]。美國麻省理工學(xué)院 Nielsen 等人利用懸浮式反應(yīng)器，成功開發(fā)出一種新型微熱光電系統(tǒng)[8]。如圖 1.3 所示，該裝置在反應(yīng)端與進排氣端之間設(shè)置了多根由導(dǎo)熱系數(shù)較低的氮化硅組成的熱交換器，利用高溫廢氣來預(yù)熱進氣，并采用催化的方法，使得其在非真空環(huán)境下，微燃燒器內(nèi)能夠充分發(fā)生燃燒反應(yīng)。

（1）微型熱光電系統(tǒng)微型熱光電系統(tǒng)的工作原理主要是通過光電池，將高溫?zé)彷椛潴w表面發(fā)出的輻射光子轉(zhuǎn)換為電能。新加坡國立大學(xué)楊文明等人[5,6]設(shè)計出了一種基于碳化硅材質(zhì)的微型熱光電系統(tǒng)，如圖 1.2 所示。該微型熱光電系統(tǒng)的工作原理是：碳氫燃料和氧氣經(jīng)預(yù)混合后在基于碳化硅材質(zhì)的燃燒器中發(fā)生燃燒并釋放出大量的熱量，加熱燃燒器的外壁面，燃燒器四周的光電池接收來自高溫外壁面釋放的大量輻射能，依靠光電效應(yīng)產(chǎn)生電能。在外徑為 3mm 的燃燒器中，采用當(dāng)量比為 0.9 的氫氧混合氣，獲得 1.02W 的電能輸出[7]。美國麻省理工學(xué)院 Nielsen 等人利用懸浮式反應(yīng)器，成功開發(fā)出一種新型微熱光電系統(tǒng)[8]。如圖 1.3 所示，該裝置在反應(yīng)端與進排氣端之間設(shè)置了多根由導(dǎo)熱系數(shù)較低的氮化硅組成的熱交換器，利用高溫廢氣來預(yù)熱進氣，并采用催化的方法，使得其在非真空環(huán)境下，微燃燒器內(nèi)能夠充分發(fā)生燃燒反應(yīng)。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]自由活塞發(fā)動機結(jié)構(gòu)傳熱特性[J]. 李延驍,左正興,馮慧華.  內(nèi)燃機學(xué)報. 2018(01)
[2]微型動力裝置燃燒過程及做功能力評價[J]. 吳凱,王謙,柏金,劉艷,徐馳.  內(nèi)燃機學(xué)報. 2015(01)
[3]微型擺式內(nèi)燃機動力特性研究[J]. 郭志平,王燕飛,張慧杰,盧彥錚,李冠孚,郭煒.  內(nèi)燃機工程. 2014(02)
[4]微自由活塞發(fā)動機HCCI著火界限研究[J]. 柏金,王謙,何志霞,張彭崗.  機械工程學(xué)報. 2013(20)
[5]燃料氣體預(yù)熱溫度對微燃燒器性能影響的分析[J]. 周俊虎,汪洋,楊衛(wèi)娟,劉建忠,王智化,岑可法.  農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2010(08)
[6]微型擺式發(fā)動機的總體設(shè)計[J]. 郭志平,葉佩青,張仕民,汪勁松.  小型內(nèi)燃機與摩托車. 2002(04)

博士論文
[1]正戊醇/正庚烷HCCI發(fā)動機燃燒與排放研究[D]. 張超.長安大學(xué) 2017
[2]基于三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機和微生物燃料電池的微小型電源研究[D]. 劉宜勝.浙江大學(xué) 2008



本文編號：3324435