歸功于微制造和集成電路技術(shù)的快速發(fā)展,使微型機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）如各類便攜式通訊設(shè)備和小型傳感器等的快速原型設(shè)計(jì)和批量制造得以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前,通常以各類化學(xué)電池為MEMS系統(tǒng)提供動(dòng)力,但由于其體積能量密度較低,導(dǎo)致其在小型化方面存在較大的瓶頸。而相較于各類化學(xué)電池,碳?xì)淙剂系哪芰棵芏纫呤畮咨踔翈资�。因�?以碳?xì)淙剂系奈⑿〕叨热紵秊镸EMS供能從理論上將具有高能量比和可快速充能等顯著優(yōu)勢(shì)。作為一個(gè)有較大潛力的微型供能技術(shù),微小尺度燃燒技術(shù)自上世紀(jì)九十年代以來(lái)得到廣泛的研究和快速的發(fā)展。然而與常規(guī)宏觀尺度的燃燒不同,微小尺度燃燒往往在毫米甚至更小的尺度下進(jìn)行,致使火焰與壁面間的熱和化學(xué)相互作用增強(qiáng),更易出現(xiàn)火焰失穩(wěn)甚至是熄滅。因此,對(duì)微小尺度下火焰的傳播行為和穩(wěn)定性進(jìn)行研究對(duì)其在MEMS系統(tǒng)中的安全和高效應(yīng)用至關(guān)重要。針對(duì)上述微小尺度燃燒中存在的問題和挑戰(zhàn),本文分別從微型通道內(nèi)低流速下火焰的向上傳播和高流速下火焰的穩(wěn)定性兩方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和模擬研究。在火焰?zhèn)鞑シ矫?通過(guò)構(gòu)建矩形截面的微小通道,研究甲烷/空氣預(yù)混火焰在其中的火焰?zhèn)鞑ヌ匦�。利用高速相機(jī)和激光誘導(dǎo)熒光（PLIF）系統(tǒng)獲取了火焰?zhèn)鞑ニ?.. 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：120 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１?一種微型的由電池供能的通信設(shè)備丨２】??

者，如Ｓｐａｌｄｉｎｇ??等人在上世紀(jì)５０年代己開展對(duì)火焰淬熄的理論研宂［３］。且火焰淬熄己在火焰抑??制等火災(zāi)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如火焰抑制器等貨架產(chǎn)品。而“微小尺度燃燒”經(jīng)??過(guò)近二十年的發(fā)展，在理論和應(yīng)用方面取得了大量引入注目的研宄成果［４－６］。??１４０００［??３?１２０００－＾ＳＩ??｜?？０００??ｙ?２４Ｕ?Ｐｒｉｍａｒｙ?Ｂａｔ咖??的?ｚｏｏｏ?Ｍ?ｍ?ｎ??－?＾?＾??〇?＾?ｍＵｒ＾?．?ｌｌＷｙ?＾?—ＩＦ１、?＾??、爆游ｒ??圖１－２液體碳氧燃料（辛烷）與不同類型化學(xué)電池的單位龐量能量密度??對(duì)比［１】??１．１．１微小尺度燃燒的應(yīng)用??在過(guò)去的近二十年中，開發(fā)出大量基于微小尺度燃燒應(yīng)用設(shè)備的原型機(jī)，??這些應(yīng)用大致可分為四類：微型內(nèi)燃機(jī)，微型推進(jìn)器，微型光伏或熱電設(shè)備以及??微型燃料重整設(shè)備。??１．微型內(nèi)燃機(jī)??對(duì)微型內(nèi)燃機(jī)的研宄主要包括微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、微型轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)以及微型活??塞發(fā)動(dòng)機(jī)三大類。來(lái)自美國(guó)麻省理工大學(xué)的課題組對(duì)微型氣體渦輪機(jī)（ＭＴＧ）進(jìn)??行了一系列的研宄［７－９］。如圖１－３所示為ＭＧＴ原型機(jī)示意圖，主要包括渦輪、??燃料入口，燃燒廢氣出口以及燃燒室，其由硅材料加工而成，總體積為１９５?ｍｍ３。??其通過(guò)燃燒生成的高溫膨脹壓力作用驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并最終向外輸出做功。其運(yùn)??行的壓力比可達(dá)４，轉(zhuǎn)速為５００ｒ／ｓ。在乙烯－空氣作為燃料的情況下，燃燒效率可??高達(dá)８０％，出口處的氣體溫度可達(dá)１６００?Ｋ，由此可獲得５００?ＭＷ／ｍ３的能量密度。??但是相對(duì)于氣體燃料，液體燃料的燃燒效率和穩(wěn)定性面臨更大的挑戰(zhàn)。??２??

?第１章緒論???ｉ?（３）?ｆｔ）、??ｒ；．．．．．．．．．．．．．．．：■．?ｔ?……＿?．?Ａ?丄?ｒ?—?一－二?＿＾?Ｊ??ＩＭｈ?＂＿＿＿＿＿＿＿＿＿?＝ｎｒｒ－?＾??）＊?—?—???ａｉ?ｍｍ???????－■丨．丨，???ｍｉ??圖１－３?ＭＩＴ研發(fā)的微型氣體渦輪機(jī)原型機(jī)（ａ）及其內(nèi)部的刀片結(jié)構(gòu)（ｂ）［７］??２．微型推進(jìn)器??微型推進(jìn)器相較于常規(guī)宏觀尺度的推進(jìn)器具有明顯的優(yōu)勢(shì)，其可產(chǎn)生一個(gè)較??低的推進(jìn)力和時(shí)間脈動(dòng)分別為１?ｍＮ和１０＿５?Ｎｓ量級(jí)。這有利于在需要進(jìn)行精準(zhǔn)??微調(diào)的情形下使用，例如對(duì)于小型衛(wèi)星的位置調(diào)整等。圖１－４所示為加州理工與??ＴＲＷ航天公司聯(lián)合研制的三層芯片式微型推進(jìn)器［１０］。微推進(jìn)器芯片由硅層和玻??璃層組成，頂部和中間層分別蝕刻噴管和燃燒室，并在其中注入推進(jìn)劑。在圖１－４??的右側(cè)為微推力器在微航天器中的潛在應(yīng)用場(chǎng)景，微推力器為微型航天器的變軌??和轉(zhuǎn)向等提供動(dòng)力。??欄??ＩＩ＾？ｅ?＿??圖１－４三層芯片式微型推進(jìn)器以及其在撖型航天器上的應(yīng)用場(chǎng)景概念圖??［１０］??此外，來(lái)自ＭＩＴ的課題組提出了另一種微型推進(jìn)器的設(shè)計(jì)方案如圖１－５所??示［１１］。微推進(jìn)器的總體尺寸為１８?ｍｍ?ｘ?１３．５?ｍｍ?ｘ?３?ｍｍ，經(jīng)過(guò)測(cè)試所得的推進(jìn)??力為１Ｎ推進(jìn)的功率可達(dá)７５０?Ｗ。此外，還采用了碳?xì)淙剂喜⒙?lián)合使用催化劑以??提升燃燒的穩(wěn)定性［１２－１４］。??３??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Numerical investigations on effects of bluff body in flat plate micro thermo photovoltaic combustor with sudden expansion[J]. 鄂加強(qiáng),黃海蛟,趙曉歡.  Journal of Central South University. 2016(04)



本文編號(hào)：3260029