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微型燃烧器预混腔内催化重整、积碳及流动特性模拟

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工程热物理学报 2008年第1期29卷 89-92页

作者：闫云飞张力冉景煜唐强邱赟马盟重庆大学能源与环境研究所重庆400030

因微型燃烧器内微尺度燃烧易熄火、燃烧效率不高,存在催化重整过程中的积碳、微尺度等问题,可利用甲烷和湿空气中水蒸汽预混催化重整产氢来强化燃烧,对预混腔内催化重整、积碳及流动特性进行模拟,探讨了微型预混腔中甲烷、水蒸汽重整过... 详细信息

因微型燃烧器内微尺度燃烧易熄火、燃烧效率不高,存在催化重整过程中的积碳、微尺度等问题,可利用甲烷和湿空气中水蒸汽预混催化重整产氢来强化燃烧,对预混腔内催化重整、积碳及流动特性进行模拟,探讨了微型预混腔中甲烷、水蒸汽重整过程中水碳比、质量流量和催化壁面温度对催化重整、积碳、流动等的影响。

关键词：微型燃烧器预混腔催化重整积碳流动模拟

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微型燃烧器内甲烷预混催化燃烧的数值研究

化工学报 2009年第3期60卷 627-633页

作者：张力闫云飞李丽仙冉景煜重庆大学动力工程学院重庆大学化学化工学院重庆400030

微尺度燃烧存在热量损失大、易熄火、燃烧不完全、转化效率不高等问题,因此对微型燃烧器内甲烷的燃烧采取预混催化燃烧方式来提高燃烧的稳定性和转化效率,为微型发动机碳氢燃料燃烧技术奠定基础。采用连续介质层流有限速率模型和二阶离... 详细信息

微尺度燃烧存在热量损失大、易熄火、燃烧不完全、转化效率不高等问题,因此对微型燃烧器内甲烷的燃烧采取预混催化燃烧方式来提高燃烧的稳定性和转化效率,为微型发动机碳氢燃料燃烧技术奠定基础。采用连续介质层流有限速率模型和二阶离散方法对微型燃烧器微流道内的催化燃烧、流动和传热进行了三维数值模拟。结果表明,甲烷质量流量和过量空气系数对催化转化效率有一定影响,壁面温度是影响催化转化效率的主要因素。甲烷质量流量、壁面温度与最佳过量空气系数之间具有一定的变化关系。可根据催化温度选择富燃料或富氧燃烧方式来提高微尺度催化转化效率。恒壁温边界条件下,催化燃烧主要发生在燃烧腔的下壁面。

关键词：微型燃烧器甲烷预混催化燃烧

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内置错列挡板式微型燃烧器的工作特性

哈尔滨工程大学学报 2018年第1期39卷 67-73页

作者：唐爱坤乔方方姜东岳邓江许艺鸣潘剑锋江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013 新加坡国立大学机械工程系新加坡117576

为提高微型热光电系统的输出性能,本文设计了一种内置错列挡板的平板式微型燃烧器,并通过构建的三维计算模型,研究了其工作过程的基本特征以及挡板间距和位置等结构参数的影响。研究结果表明:直通道内部设置挡板后,得益于换热效果的增强... 详细信息

为提高微型热光电系统的输出性能,本文设计了一种内置错列挡板的平板式微型燃烧器,并通过构建的三维计算模型,研究了其工作过程的基本特征以及挡板间距和位置等结构参数的影响。研究结果表明:直通道内部设置挡板后,得益于换热效果的增强,辐射壁面的温度值和均匀性都有一定程度的提升;在2~5 mm的挡板间距范围内,每缩小1 mm,壁面温度约能提高17 K;挡板初始设置点则对壁面高温区域的分布形态和均匀性有直接影响,在4 mm时燃烧器工作效果最佳。

关键词：微型热光电系统微型燃烧器错列挡板燃烧特性外壁温度换热效果

多层硅材料微型燃烧器的组件装配、检测结构设计及性能评定(英文)

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纳米技术与精密工程 2007年第2期5卷 79-84页

作者：单学传金玉丰新加坡精密加工技术研究所新加坡638075 北京大学微电子研究所北京100871

本文系《基于硅材料的微型气体涡轮机中微型燃烧器的设计和加工》之续篇,阐述了一种由7层硅片组成的微型燃烧器的组件装配,检测结构设计及其性能评定。用氢气作为燃料,成功地引燃了该燃烧器并使其保持持续稳定的燃烧。用微型K-type热电... 详细信息

本文系《基于硅材料的微型气体涡轮机中微型燃烧器的设计和加工》之续篇,阐述了一种由7层硅片组成的微型燃烧器的组件装配,检测结构设计及其性能评定。用氢气作为燃料,成功地引燃了该燃烧器并使其保持持续稳定的燃烧。用微型K-type热电偶测试和评定了燃烧腔出口处的温度分布以及腔壁的温度。经实验证实,在特定的燃-气比率及流量的条件下,燃烧腔出口处的最高温度可达1 700 K,且排出的废气中残留氢气的含量甚微。

关键词：微型燃烧器性能评定流速燃气比率热电偶

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微型燃烧器燃烧特性优化及数值模拟

微型燃烧器燃烧特性优化及数值模拟

作者：程义河南科技大学

学位级别：硕士

微型燃烧器是微型热光电(MTPV)系统的重要组成部分，整个MTPV系统的动力输出主要来自于光电池吸收的微型燃烧器外壁面高温辐射出的辐射能，其好坏取决于微型燃烧器热转换效率的高低。微型燃烧器是以自然界分布广泛的烃类化合物为燃料，... 详细信息

微型燃烧器是微型热光电(MTPV)系统的重要组成部分，整个MTPV系统的动力输出主要来自于光电池吸收的微型燃烧器外壁面高温辐射出的辐射能，其好坏取决于微型燃烧器热转换效率的高低。微型燃烧器是以自然界分布广泛的烃类化合物为燃料，具有结构简单、单位体积能量大、能量转换效率高等优点。研究工作针对微型燃烧器在各影响因素下的工作性能，通过改变多孔介质的结构、孔隙率、混合气的流量以及混合比等方法对燃烧器辐射壁面的温度分布和光谱性能进行测量和分析。通过试验得出泡沫陶瓷多孔介质在微型燃烧器内的燃烧效果要优于陶瓷小球多孔介质，多孔介质孔隙率过大或过小都不利于燃烧的发生。混合气流量的增加在一定程度上增强了微型燃烧器壁面的温度。为了分析研究微型燃烧器烟气中HC和CO的含量，使其能够满足污染物排放的相关要求，在微型燃烧器的出口处添加了烟气采集系统，针对不同流量、不同孔隙率、不同混合比等工况下烟气中的HC和CO的含量进了采集和分析，寻找出既能满足高转换效率又能满足低污染物排放的燃烧器工作工况。微燃烧器烟气中有害成分HC和CO的含量都与微型燃烧器燃烧状态有关，随着混合气流量的增加HC和CO的含量均呈现先降低后增加的趋势，孔隙率的变化对两者的影响相对复杂。由于试验设备的限制，很多工况在试验台架上无法进行试验，微型燃烧器的内部燃烧状态以及各成分浓度分布情况也无法进行测量，为了能够分析这些因素对微型燃烧器工作状态的影响，利用CFD计算模拟的方法。通过Fluent软件建立合理的微型燃烧器物理模型，模拟出微型燃烧器在较多工况下的工作状态以及内部燃烧反应的情况。与试验结果相结合，全面分析各因素对微型燃烧器工作状态的影响，取得了较好的效果，为将来微型热光电系统的研究指明了方向。

关键词：微型燃烧器多孔介质烟气含量燃烧过程 Fluent软件

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微型燃烧器内甲烷预混催化燃烧的数值模拟

微型燃烧器内甲烷预混催化燃烧的数值模拟

作者：邱赟重庆大学

学位级别：硕士

随着微电子机械系统技术的迅速发展,微器件对许多领域的影响日趋明显,装置的微型化与微型系统已成为当今研究的重要课题。近几年发展起来的体积在1cm3量级上,能产生约10-100W功率的微型发动机已引起了世界各国的普遍关注。微型发动机具... 详细信息

随着微电子机械系统技术的迅速发展,微器件对许多领域的影响日趋明显,装置的微型化与微型系统已成为当今研究的重要课题。近几年发展起来的体积在1cm3量级上,能产生约10-100W功率的微型发动机已引起了世界各国的普遍关注。微型发动机具有能量密度高、寿命长、体积小、重量轻、结构简单等优点,将对微电子、信息、生物等各个行业产生巨大的积极影响。甲烷燃料容易获得、价格低廉,在未来数十年内将是微型气体发动机的主要燃料。微型燃烧器的尺寸较小、散热速率较大,使常规空间反应无法稳定进行,因此,有必要研究微型燃烧器内甲烷预混催化燃烧,为微型发动机碳氢燃料燃烧技术打下基础。微型燃烧器由四层不锈钢材料采用电火花技术加工而成,主要包括预混腔和燃烧腔两个腔室。采用连续介质层流有限速率模型二阶离散的方法,对三维微型燃烧器内各微小复杂流道内的催化燃烧、流动和传热进行了详细的数值模拟计算。研究了预混腔结构、甲烷质量流量、过量空气系数及壁面边界条件等因素对甲烷-空气混合物在微型燃烧器内催化燃烧的影响。数值模拟计算结果表明,气体流动为层流,催化燃烧主要在燃烧腔的下壁面进行,表面催化燃烧不同于常规燃烧,没有火焰区域,火焰的温度分布为层状。预混腔结构对预混效果有较大影响,但预混腔结构对甲烷转化率的影响不大。随着甲烷质量流量的增大,甲烷转化率减小,当壁面温度较低时,热负荷先增大后减小,当壁面温度较高时,热负荷增大。过量空气系数是微型燃烧器内催化燃烧的重要影响因素,甲烷转化率随过量空气系数的增大先增大后减小,存在一个最佳过量空气系数。当催化壁面温度增大时,最佳过量空气系数随之增大;当甲烷质量流量增大时,最佳过量空气系数随之减小。催化壁面温度是微型燃烧器内甲烷催化燃烧的主要影响因素。随着催化壁面温度的升高,催化反应速率增大,甲烷转化率迅速提高。当通入甲烷-氢气混合燃料时,混合气体中的氢气催化反应速率很快,在微型燃烧器燃烧腔内基本上完全反应。随着甲烷转变为氢气的百分数的增大,甲烷组分的转化率减小,甲烷-氢气整体转化率增大,热负荷迅速增大。

关键词：微型燃烧器甲烷预混催化燃烧数值模拟转化率

微型燃烧器扩展角对氢气/空气预混燃烧特性影响的模拟研究

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建模与仿真 2021年第1期10卷 93-106页

作者：王卓俞志鹏姬鹏王波刘梦辉孙成喜上海理工大学能源与动力工程学院上海上海船用柴油机研究所上海

基于建立的三维微型燃烧器模型,选用氢气体积分数为10%的预混气,对长度100 mm,扩展角分别为0˚、0.36˚、0.72˚的微型燃烧器内氢气/空气的预混燃烧过程进行模拟研究。研究发现,对方形微通道燃烧器,在相同的燃烧器长度、外壁边长和进口尺寸... 详细信息

基于建立的三维微型燃烧器模型,选用氢气体积分数为10%的预混气,对长度100 mm,扩展角分别为0˚、0.36˚、0.72˚的微型燃烧器内氢气/空气的预混燃烧过程进行模拟研究。研究发现,对方形微通道燃烧器,在相同的燃烧器长度、外壁边长和进口尺寸下,扩展角越大的燃烧器,速度极限范围越大。当入口速度较低时,扩展角越大,火焰传播速度越低,最高燃烧温度越高;当入口速度较高,燃气充分燃烧时,扩展角的大小对最高燃烧温度几乎没有影响。

关键词：微型燃烧器扩展角入口速度最高燃烧温度

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狭缝型微型燃烧器的催化燃烧特性研究

狭缝型微型燃烧器的催化燃烧特性研究

作者：豆庆民大连海事大学

学位级别：硕士

随着便携式计算机、移动通讯、微型火箭等微机械系统技术的迅速发展,装置的微型化与微型系统的研究成为当今研究的重要课题,受到各行各业广泛的关注。目前对微型动力装置的研究越来越多,但核心部件微型燃烧器的性能却有待提高,成为微型... 详细信息

随着便携式计算机、移动通讯、微型火箭等微机械系统技术的迅速发展,装置的微型化与微型系统的研究成为当今研究的重要课题,受到各行各业广泛的关注。目前对微型动力装置的研究越来越多,但核心部件微型燃烧器的性能却有待提高,成为微型动力装置进一步发展的瓶颈。论文建立微尺度燃烧的数学模型,基于三维计算平台CALC-BFC,运用fortran语言开发出甲烷在狭缝型微型燃烧器内燃烧的三维数值模拟程序。对微燃烧器内甲烷催化燃烧、流动和传热情况进行数值模拟,利用专业绘图软件Tecplot绘制各物理量空间分布图,分析各物理量传递过程与化学反应之间的耦合关系。通过改变入口条件,探讨甲烷入口速度、入口温度及入口浓度等因素对甲烷/空气混合物在微通道催化燃烧的影响。数值计算结果表明,合适的甲烷入口速度、气体入口温度、入口甲烷摩尔浓度是实现甲烷稳定高效燃烧的主要因素。甲烷的转化效率随进口速度的增加降低较明显,而化学反应速度,底面的热流密度等受气体入口速度影响较小。气体入口温度方面,在Pt的催化作用有效温度范围内,甲烷的转化效率基本保持不变。化学反应速率,底面热流密度及燃烧器内温度分布等受气体入口温度影响较大。此外,微燃烧器中,入口甲烷摩尔浓度的增加,也会使得甲烷转化效率、化学反应速度、多孔介质层温升及热流密度相应提高。研究证明,为微型燃烧器达到较高的甲烷转化效率、较低的多孔介质温升、适宜大小的化学反应速率与热流密度,应选择较小的气体入口速度,最佳适宜气体入口温度为973K,入口甲烷浓度为0.6%时最合适。本文研究结果对微型燃烧器的结构开发与工艺参数设计具有重要的指导意义。

关键词：微型燃烧器甲烷催化燃烧数值模拟

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微型燃烧器内多孔介质催化燃烧的数值模拟

工业加热 2020年第12期49卷 35-38页

作者：尹洋余志伟孙靖宇晏楚骁盖东兴武汉工程大学光电信息与能源工程学院湖北武汉430073

通过建立简易的二维微型燃烧器模型,用Fluent软件对甲烷和空气的预混气体在微型燃烧器内的燃烧情况进行了数值模拟。讨论了甲烷通入质量浓度,混合气体通入速度,气体入口温度对燃烧状况的影响,得出了不同情况下燃烧器内的温度变化趋势,... 详细信息

通过建立简易的二维微型燃烧器模型,用Fluent软件对甲烷和空气的预混气体在微型燃烧器内的燃烧情况进行了数值模拟。讨论了甲烷通入质量浓度,混合气体通入速度,气体入口温度对燃烧状况的影响,得出了不同情况下燃烧器内的温度变化趋势,为燃烧器的结构改进提供了理论依据。结果表明:入口质量浓度越大,通入速度越大,气体入口温度越低,燃烧器内气体达到温度稳定所需要的时间越长,此时气体混合物通过燃烧器的距离越长,即越接近于燃烧器出口端。其中,入口温度是最为关键的因素。

关键词：微型燃烧器温度预混气体模拟