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【6h】

用于微型热光伏发电系统的多孔介质燃烧器研究

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声明

1 绪 论

1.1 研究背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究方法和内容

2 微型多孔介质燃烧器的数值模拟研究

2.1 数学和物理模型

2.2 多孔介质对微燃烧器壁面温度的影响机理

2.3 多孔介质导热率对微燃烧外壁面温度的影响

2.4 多孔介质的孔径对微燃烧外壁面温度的影响

2.5 本章总结

3 多孔介质对微燃烧火焰稳定性的实验研究

3.1 实验设计

3.2 突扩台阶对微尺度火焰的稳定作用

3.3 突扩燃烧器中氧气浓度对火焰的影响

3.4 多孔介质对微尺度火焰的稳定作用

3.5 本章总结

4 多孔介质对平板型微燃烧器外壁面温度影响的实验研究

4.1 实验设计

4.2 带突扩的平板型燃烧器外壁面温度分布

4.3 添加多孔介质的平板型燃烧器外壁面温度分布

4.4 多孔介质孔隙率对平板型燃烧器外壁面温度的影响

4.5 多孔介质填充位置对平板型燃烧器外壁面温度的影响

4.6 本章总结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献

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摘要

随着微机电系统(MEMS)的发展,微型热光伏发电系统(MTPV)的研究和发展逐渐成为了关注的方面。MTPV系统直接使用化石燃料燃烧,通过低禁带光伏电池进行发电。由于化石燃料的能量密度远大于传统的化学燃料电池,因此MTPV系统被认为是替代化学燃料电池的最佳选择。要想提高MTPV系统的能源转换效率,一方面就必须提高微尺度燃烧器的壁面温度,另一方面必须增大微尺度燃烧器的壁温均匀性。所以提高微燃烧器壁面温度和增强壁温均匀性是目前研究的核心问题。本文就针对这一问题研究了多孔介质对壁面温度的影响。
  论文通过实验和数值模拟的方法,对填充有多孔介质的微尺度燃烧器进行了研究,并且和不填充多孔介质时的突扩燃烧器进行了比较。实验和模拟均发现,与不添加多孔介质的突扩燃烧器相比,添加有多孔介质的微尺度燃烧器其壁面温度得到了显著提升,在甲烷流量分别为0.100 L/min和0.125 L/min时,添加多孔介质后微燃烧器壁面平均温度分别升高了35.85 K和62.88 K;峰值温度分别升高了48.15 K和81.71 K。同时本文通过实验发现尾部半填充方式可以获得更加均匀的壁面温度。另外本文研究发现多孔介质和突扩台阶对火焰的稳定存在着稳定极限,且稳定极限与氧气浓度存在很大的相关性。
  通过实验和模拟本文还发现较大孔隙率、较小的导热率和较小孔径的多孔介质能获得更高的壁面峰值温度,而较小孔隙率、较大的导热率和较大孔径的多孔介质壁面峰值温度较低,但均匀性较好。并且本文对这一现象进行了解释。这些研究成果,对微尺度燃烧器填充多孔介质提供了借鉴意义。

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