《新型雙層多孔介質微小燃燒器自輸運液膜燃燒機理研究》是依託鄭州大學，由曹海亮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型雙層多孔介質微小燃燒器自輸運液膜燃燒機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：曹海亮
- 依託單位：鄭州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為了開發高能量密度攜帶型液體燃料孤立微能源系統，針對目前微小空間內液體燃料燃燒速率和效率較低以及燃燒器熱損失較大和結構複雜的不足，本項目創新性地將多孔介質內液體蒸發速率高的優點與液膜燃燒技術相結合，利用表面張力實現液體燃料的自動輸運，採用回熱技術回收微燃燒器的對外散熱提高空氣的熱焓，實現多孔介質內液膜蒸發和與空氣預混的同時進行，通過設計特殊的氣流流動方式和進氣方式，增大燃燒反應速度和強度，實現微小燃燒器內液體碳氫燃料的自輸運液膜穩定高效燃燒，降低微小燃燒器的熱損失，簡化微小燃燒器的結構。通過對變孔隙率雙層多孔介質微小燃燒器內液膜燃燒特性的實驗研究，獲得燃燒熱功率、多孔介質參數、當量比對液體蒸發混合速率和微燃燒器燃燒性能的影響規律，從而獲得雙層多孔介質微小燃燒器自輸運液膜燃燒機理，並開發不同功率的液體燃料微小燃燒器。項目的研究成果為高能量密度液體燃料孤立微能源系統的開發提供了科學依據。
結題摘要
為了開發高能量密度攜帶型液體燃料孤立微能源系統，針對目前微小空間內液體燃料燃燒速率和效率較低以及燃燒器熱損失較大和結構複雜的不足，本項目首先開發了平板型多孔介質微燃燒熱發電系統，採用數值模擬和實驗方法考察了燃燒功率、過量空氣係數、多孔介質參數、壁面材料對微燃燒器的溫度場的影響，結果表明，採用導熱係數小的石英玻璃可以明顯改善系統的溫度場分布，增強了系統的穩定性；多孔介質可以明顯增大熱電模組的冷熱端溫差，提高了系統的開路電壓。但是試驗中熱電模組高溫端的溫度限制使得這一系統不夠穩定，容易燒毀。針對上述問題，開發了新型的多孔介質液體燃料自輸運微能源系統，利用熱光伏模組將微燃燒的熱能轉化為電能。設計了單管多孔介質液體燃料微燃燒器和回熱型雙管多孔介質液體燃料微燃燒器，並採用數值和實驗方法考察了兩種燃燒器的燃燒功率、過量空氣係數對乙醇燃料微燃燒的燃燒效率、出口氣體溫度、燃燒器外壁面溫度的影響。結果表明，兩種微燃燒器均能利用多孔介質的表面張力實現液體燃料的自動輸運，同時在多孔介質中實現了空氣和乙醇蒸汽的完全混合，最終實現了液體燃料的微小尺度穩定燃燒。在回熱型雙管多孔介質液體燃料微燃燒器中，高溫煙氣和內管中的燃燒反應物通過回熱通道進行相互換熱，不僅提高了燃燒反應速度和燃燒強度，而且使整個燃燒器的溫度更加均勻。在相同燃燒工況下，回熱型雙管多孔介質液體燃料微燃燒器的外壁面溫度比單管微燃燒器的外壁面溫度大約高200K，而且回熱型微燃燒器的外壁面溫度比單管微燃燒器的外壁面溫度更加均勻。更高、更加均勻的外壁面溫度有利於提高外部熱光伏系統的熱電轉換效率。另外採用高速攝影技術研究了微小空間內碳氫燃料的預混火焰傳播過程，通過考察火焰傳播半徑隨當量比和時間的變化，發現微小空間內預混火焰封面在一定的當量比和時間域內會出現褶皺和不穩定燃燒現象。
