微尺度燃燒

微尺度燃燒是隨著MEMS(微機電系統)技術的發展而提出的,它是相對於傳統燃燒發生在較大的尺度範圍而言的。目前研究的微尺度燃燒一般發生在很小的尺度範圍內,它們通常在低於1 立方厘米的容積內發生。

簡介
上世紀90年代中期,MIT的Epstein教授最早開始了相關的研究,在將近10年的工作中,他們取得了很大的成績。他們加工出了3.8mm厚、直徑為21 mm的圓形渦輪發動機,燃燒室厚度為1 mm,預混氫氣和空氣,成功點火併穩定燃燒。隨後,很多的研究機構開展了這方面的研究,並約定為微尺度燃燒(Microcombustion)。
微尺度燃燒主要是為了滿足可攜帶電子設備的長時間供電和國防上微小型高性能動力源和電源的需求而開展研究的。例如微型飛行器、微型衛星推進系統、科技作戰單兵等。
加利福尼亞伯克利分校的汪科爾微尺度燃燒器加利福尼亞伯克利分校的汪科爾微尺度燃燒器
由於微尺度燃燒器並不僅僅是簡單的對傳統燃燒器在尺度上按比例縮小,它會產生很多新的問題與挑戰:相對表面積增加,散熱更劇烈,保溫困難;燃燒的淬息;粘性效應更加明顯;燃燒駐留時間縮短,即燃燒速度更快;以及微小型精密加工技術目前無法實現三維結構加工。所有這些均會直接或間接地影響其內部的微尺度燃燒,所以使得微尺度燃燒有以下一些特點: 低雷諾數、低火焰尺度(很多小於熄火距離)。燃料在燃燒室停留時間短,面容比(F/V)大。粘性力的影響不能忽略,反應區相對於燃燒室的特性尺寸不像傳統燃燒那樣很小,燃燒理論中對許多火焰模型做的關於“薄”的假設的是否能夠成立需要實驗來證明。

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