多孔介質回熱型微燃燒器內耦合燃燒機理的研究

《多孔介質回熱型微燃燒器內耦合燃燒機理的研究》是依託江蘇大學，由唐愛坤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多孔介質回熱型微燃燒器內耦合燃燒機理的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：唐愛坤
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

針對微型熱光電系統整體轉化效率和功率輸出尚不夠高的問題，本項目以一種新型的填充多孔介質的微尺度平板式回熱燃燒器作為研究對象，採用理論分析、實驗測試和數值模擬相結合的方法，對其燃燒特徵和強化作用機理進行研究。具體包括：採用有無多孔介質的兩種平板式回熱型燃燒器，利用PLIF、紅外熱像和高速攝影等技術進行燃燒極限、火焰特性的對比實驗，並結合考慮多孔介質蓄熱輻射效應的數值模擬計算結果，詳細揭示微尺度多孔介質促進作用下回熱燃燒方式的耦合作用機理；掌握重要結構和運行參數對新型燃燒器燃燒狀況和壁面輻射效應的影響規律，獲得適用於微型熱光電系統工作的燃燒器最佳反應條件；通過對系統整體封裝、電池實際冷卻和背面反射的綜合考慮，建立更為精確的系統能量轉換計算模型，以更深入地闡述填充多孔介質的回熱燃燒方式對系統工作性能提升的作用。相關研究成果將豐富微尺度燃燒的強化機理，並為該系統儘早得到廣泛套用打下堅實的基礎。

結題摘要

作為一種典型的微型動力裝置，微型熱光電系統結構相對簡單、沒有運動部件、製造裝配也容易，故優勢相對其他裝置也較為明顯。微型燃燒器是該系統最為重要的部件，它的設計好壞不僅會對內部燃燒過程的穩定性造成影響，而且其外壁面的溫度分布狀況還會直接影響到系統的輸出性能。為此，本項目提出了一種平板式多孔介質回熱型微燃燒器的設計思路，並結合實驗測試和數值模擬的方法，對其燃燒特徵和強化作用機理展開了研究。按照計畫任務書，首先，選用氫氣、甲烷和丙烷這三種常見的碳氫燃料，對比了它們在平板式直通道微型燃燒器內火焰位置、化學能的利用程度、燃燒極限等方面的差異。隨後，針對直通道燃燒器的不足，設計並加工了多種結構的回熱型微燃燒器。通過測試結果的對比獲得了最佳結構型式，並揭示了該燃燒器在提高火焰溫度、固定火焰位置等方面的作用機理，獲取了混合氣流量、當量比等最佳運行條件，以及隔板長度等最佳結構參數。最後，為了進一步提高回熱型燃燒器的工作性能，我們在進氣通道內填充了多孔介質，並分析了多孔介質在延長駐留時間、提高化學能利用率等方面的促進作用。在本課題的開展過程中，除回熱型燃燒器外，我們還設計了多種其它的最佳化結構型式（如內置十字隔板的微型燃燒器等），分析了各自的燃燒特性和工作表現。此外，針對針對甲烷（丙烷）/空氣預混氣體在微通道內燃燒困難以及可燃流速範圍過窄的問題，還提出了在混合氣中摻雜少量氫氣的燃料設計方案，並分析了具體的實施效果。項目執行期間，共發表學術論文14篇，其中SCI檢索論文6篇，EI檢索論文4篇；申請國家發明專利14項，其中1項已獲得授權；參加國內外學術會議3次。