微燃燒器內(nèi)不同碳?xì)淙剂霞皳交烊剂先紵匦缘难芯?pdf

1、隨著微加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，微型機電系統(tǒng)的開發(fā)得到了持續(xù)的突破。目前大多數(shù)微型設(shè)備仍由傳統(tǒng)化學(xué)電池進(jìn)行驅(qū)動，但其較低的能量密度和不能長時間供電的缺陷，也逐漸成為該類系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。近年來，得益于功率密度高、供電時間長以及體積小等優(yōu)點，一些基于碳?xì)淙剂先紵奈⑿蛣恿ο到y(tǒng)倍受研究人員的青睞。這些裝置在MEMS動力問題的解決上被寄予了厚望，且其潛在應(yīng)用場合也已向便攜式電子器件、無線通訊設(shè)備、無人飛行器等領(lǐng)域迅速拓展。
　　作為微型動

2、力系統(tǒng)最重要的部件，微型燃燒器設(shè)計的好壞對燃燒過程的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的功率輸出有著很大的影響。微尺度燃燒不僅存在駐留時間短、熱損失較大等問題，燃料選擇面窄、適應(yīng)性差的缺陷也比較突出。為此，本文采用平板式微型燃燒器，對三種常見氣體燃料進(jìn)行了對比分析，針對碳?xì)淙剂戏€(wěn)燃流速范圍窄的問題，提出了一款新型燃燒器的設(shè)計思路，并對微尺度條件下?lián)交烊紵绞降膶嵤┬ЧM(jìn)行了探討。所取得的研究結(jié)論如下：
　　（1）得益于氫氣的易燃性，其火焰較為靠前，且位

3、置比較固定。而甲烷和丙烷工況的火焰位置將隨著進(jìn)氣流量的增長向出口方向移動，從而造成穩(wěn)燃流速范圍過窄的問題。甲烷/空氣和丙烷/空氣的可燃通道高度分別為2.5mm和2mm，而氫氣/空氣可以在1mm的通道內(nèi)實現(xiàn)燃燒。在相同化學(xué)能輸入下，甲烷和丙烷工況下燃燒器外壁面的平均溫度明顯高于氫氣工況，且壁面溫度分布均勻性更好。（2）針對甲烷和丙烷穩(wěn)燃流速范圍窄的問題，設(shè)計了內(nèi)置十字隔板的平板式微型燃燒器。該種設(shè)計方法不僅可以起到固定火焰位置增大穩(wěn)燃流速

4、范圍的作用，燃燒器外壁面的平均溫度還能較直通道燃燒器提高90K以上。實驗和數(shù)值模擬的研究結(jié)果表明，當(dāng)十字隔板長度為10mm時，燃燒器的工作效果最佳。
　　（3）在甲烷、丙烷中添加少量氫氣后，OH等重要自由基的生成過程將得到促進(jìn)，從而可起到改善火焰穩(wěn)定性的作用，且摻氫比越大，混合燃料的穩(wěn)燃流速范圍提升幅度越明顯，在摻氫比20％的情況下，甲烷、丙烷的穩(wěn)燃流速上限均可達(dá)到1.4m/s左右。氫氣的摻入還實現(xiàn)了碳?xì)淙剂显诟⊥ǖ纼?nèi)的燃燒，但