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壁面厚度和材料对微通道内H2/空气燃烧特性影响的数值模拟

2021-04-20安江波

燃烧科学与技术 2021年2期

赵 亮,安江波

(海军士官学校机电系,蚌埠 233012)

现阶段各种便携式电子设备以及微小型无人机的快速发展,化学电池的使用范围越来越广泛,但是化学电池存在着持续时间短、能量密度低、充电时间长等缺点[1].而碳氢燃料电池其能量密度(40 MJ/kg)是传统化学电池(0.5 MJ/kg)的数十倍[2],因此可以使用基于燃烧的微型发电技术作为常规化学电池的替代品[3-4].为了开发微型燃烧器,必须克服诸如热损失、火焰淬熄、摩擦损失等问题[5],而这些问题的产生原因是多方面的.首先,微燃烧器的面体比相对于常规燃烧器而言增大了两个数量级,这使得通过壁面的热损失大大增加[6].而且由于面体比的增大,也会提高反应自由基与壁面碰撞而销毁的可能性.其次,由于微燃烧器几何尺寸变小,导致了气体混合物在燃烧器内停留时间变短,化学反应不充分[7].此外,对于直通道微燃烧器,如果进气速度过大,燃料混合气体无法维持稳定燃烧,便被吹熄[8].目前,微小尺度下的火焰稳燃方法主要有以下几种:①采用催化燃烧.Fu 等[9]在微型燃气透平表面附着催化剂,能够有效地降低燃烧温度和热量损失.②对微燃烧室表面进行惰性化处理.Miesse 等[10-11]对燃烧室表面进行化学处理,以减少对活性自由基的捕获.③采用特殊的结构设计.Kuo 等[12]采用螺旋形状的“瑞士卷”(Swiss-roll)结构,使未燃燃料在流动过程中被燃烧产生的高温加热,起到了预热、稳燃的目的.④基于回流区稳燃.Fan 等[13]在燃烧室内部采用凹腔或者钝……

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