Power MEMS氫氣微燃燒過程的數(shù)值模擬.pdf

1、Power MEMS(MEMS-based power sources)即基于MEMS的微能源動力系統(tǒng)，在航空航天、通信、生物醫(yī)學(xué)、國防等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，將給現(xiàn)代社會帶來重大而深遠(yuǎn)的影響。國內(nèi)外已經(jīng)相繼開展了對它的研究，但是開展的研究大都著重于技術(shù)和工藝為題，在制約系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵問題，特別是如何實(shí)現(xiàn)微尺度燃燒等問題上的研究由于理論和試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷娜狈?，仍然沒有突破性的進(jìn)展。微尺度燃燒是隨著PowerMEMS的出現(xiàn)而提出的，H2的微燃

2、燒以及微燃燒室的研究都是當(dāng)今的熱點(diǎn)問題，國內(nèi)開展這方面研究的單位還比較少， 本論文以Jinsong Hua和Meng Wu等提出的管道型燃燒室模型和MIT微型渦輪機(jī)的燃燒室模型為研究對象，對Power MEMS微燃燒的數(shù)值模擬方法進(jìn)行研究，基于微燃燒原理和特點(diǎn)，采用了合理的物理模型和數(shù)值計(jì)算方法，包括控制方程、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、物質(zhì)傳輸理論、有限體積法及合理的邊界條件等，用FUJENT軟件及其用戶子程序CHEMKIN系統(tǒng)地模擬了混

3、合燃?xì)獾奈⑷紵闆r，并與Jinsong Hua和Meng Wu等所得出的相關(guān)結(jié)論進(jìn)行比較。 本文第一部分對管道型燃燒室中的H<,2>/air微燃燒進(jìn)行了數(shù)值模擬，表明：燃燒室直徑的增大可以使得燃燒更加完全，燃燒室效率增大；隨著H<,2>當(dāng)量比的增大，燃燒室出口溫度和平均反應(yīng)速率都呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢；壁面散熱對燃燒效率和速度影響非常大，而且燃燒室尺度越小，這種影響就越大；采用詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理可以更精確地對燃燒室局部進(jìn)行定量分析，而

4、且模擬結(jié)果與Jinsong Hua和MengWu等得出的結(jié)論更加接近， 本文第二部分對MIT微型渦輪機(jī)的燃燒室中的H<,2>/air燃燒進(jìn)行了數(shù)值模擬，表明：隨著入口混合氣體質(zhì)量流量的增大，燃燒室效率出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，質(zhì)量流量過小，氣體可能在循環(huán)套內(nèi)燃燒從而可能對壁面材料造成損壞：H2<,2>當(dāng)量比在小于1的范圍內(nèi)增大，燃燒效率增大，但是如果當(dāng)量比到一定數(shù)值后會產(chǎn)生在循環(huán)套內(nèi)燃燒的情況，因此要選擇合適的質(zhì)量流量和H<,2>