發(fā)布時間：2017-09-04 08:26

  本文關(guān)鍵詞：微圓管內(nèi)氫氣和烷烴預(yù)混催化燃燒特性實驗研究

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【摘要】：微加工制造、微電子集成和信息技術(shù)的不斷進步促進了便攜式設(shè)備的發(fā)展。微尺度燃燒系統(tǒng)以其體積小、能量密度高等優(yōu)點在能源、光電、控制等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率是微尺度燃燒系統(tǒng)的關(guān)鍵性能,如何提高燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率也是以燃燒為基礎(chǔ)的微能源動力系統(tǒng)的關(guān)鍵難點和熱點問題。本文圍繞這兩個科學問題,開展了氫氣、甲烷和正庚烷在微小型圓管燃燒器內(nèi)的催化燃燒實驗研究,獲得了不同混合比、當量比、催化劑布置方式、燃燒器內(nèi)徑等對燃料燃燒特性(穩(wěn)燃范圍、火焰形態(tài)、壁面溫度分布、燃燒轉(zhuǎn)化率、散熱等)的影響。在雙套管中進行氫氣/甲烷/空氣催化燃燒實驗,發(fā)現(xiàn)維持穩(wěn)定燃燒的入口流速v的下限隨混合比R的增大而減小,但隨當量比Φ的增大而先減小后增大,在R=0.9,Φ=1.6的工況下,可以在0.25m/s～19m/s范圍內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。同時在此工況下,壁面溫度最高、熱回流區(qū)域最長。隨著R的增大,火焰鋒面變?yōu)閮A斜的錐形、根部向下游移動。壁面散熱量隨R和v的增大而增大,散熱率卻隨R的增大而增大,隨v的增大而減小。壁面輻射散熱占總散熱量的比例也是先增大后減小,在Φ=1.6時達到最大值63.93%。在微縮放管燃燒器中以連續(xù)式(A式)和分段式(B式)布置催化劑,進行正庚烷催化燃燒實驗。在Φ=1.6富燃條件下,B式能夠明顯拓寬穩(wěn)燃上限至Re=1500,但當Re較小時A式更有優(yōu)勢,能夠在Re=12時實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。在A式和B式中,壁面溫度分別呈現(xiàn)出單峰和雙峰分布,B式中雙峰分布不僅減緩了壁面溫度變化,而且加強了喉部無催化區(qū)域的燃燒。兩種布置方式下,燃燒產(chǎn)物呈現(xiàn)出不同的變化趨勢,在Re=160時分別達到最大轉(zhuǎn)化率84.4%和88.3%。以Pt/Ce0.8Zr0.2O2為催化劑,在不同內(nèi)徑的填充床微圓管中進行正庚烷燃燒實驗。內(nèi)徑d=3,4,5mm的圓管分別在Φ=2.0,1.6,1.2的富燃條件下達到最大的穩(wěn)燃范圍,且隨著d的增加,穩(wěn)燃范圍逐漸變大。Re較小時,d=4mm和5mm圓管中壁面最高溫度非常接近；但當Re較大時,d=5mm圓管中的高溫區(qū)域更大。不同內(nèi)徑圓管中的轉(zhuǎn)化率均在Re=160工況下達到最大值,且隨著d的增加,轉(zhuǎn)化率變大。隨著Re的增加,壁面散熱損失占燃燒產(chǎn)熱的比例逐漸下降。
【關(guān)鍵詞】：微燃燒器 催化燃燒 穩(wěn)燃范圍 壁面溫度
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK16
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 符號表11-13
• 1 緒論13-21
• 1.1 課題研究背景及研究意義13-14
• 1.2 微尺度燃燒器的發(fā)展14-15
• 1.3 微尺度燃燒相關(guān)研究15-20
• 1.3.1 微尺度下氣體燃料燃燒研究15-17
• 1.3.2 微尺度下低碳液體燃料燃燒研究17-20
• 1.4 本文研究意義及內(nèi)容20-21
• 2 微型圓管內(nèi)甲烷摻混氫氣催化燃燒實驗研究21-37
• 2.1 引言21-22
• 2.2 實驗系統(tǒng)及測量方法22-27
• 2.3 實驗結(jié)果與討論27-35
• 2.3.1 穩(wěn)燃范圍28-29
• 2.3.2 預(yù)混燃燒的火焰29-31
• 2.3.3 壁面溫度31-33
• 2.3.4 壁面散熱33-35
• 2.4 本章小結(jié)35-37
• 3 兩種催化劑布置方式下正庚烷燃燒實驗研究37-57
• 3.1 引言37-38
• 3.2 催化劑制備與表征38-41
• 3.3 實驗方法41-44
• 3.3.1 實驗系統(tǒng)41-42
• 3.3.2 主要設(shè)備42-44
• 3.4 實驗結(jié)果與討論44-56
• 3.4.1 穩(wěn)燃范圍44-46
• 3.4.2 壁面溫度和熱回流區(qū)域46-51
• 3.4.3 燃燒轉(zhuǎn)化率51-54
• 3.4.4 產(chǎn)熱和散熱54-56
• 3.5 本章小結(jié)56-57
• 4 微尺度下特征尺寸對正庚烷催化燃燒的影響57-67
• 4.1 引言57
• 4.2 實驗系統(tǒng)57-58
• 4.3 實驗結(jié)果與討論58-65
• 4.3.1 穩(wěn)燃范圍58-60
• 4.3.2 壁面溫度60-63
• 4.3.3 轉(zhuǎn)化率63-65
• 4.3.4 壁面散熱65
• 4.4 本章小結(jié)65-67
• 5 全文總結(jié)與展望67-69
• 5.1 總結(jié)67-68
• 5.2 創(chuàng)新68
• 5.3 展望與不足68-69
• 參考文獻69-78
• 攻讀碩士學位期間獲得的科研成果78
• 參與的科研項目78

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本文編號：790414