微型钝体燃烧器中氢气/空气预混燃烧的模拟与实验

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随着微型机械的发展,微型燃烧器的研究变得越来越重要。由于微尺度效应,微型燃烧器的热损失较大,火焰十分不稳定。这样一来,稳定燃烧效果成为了微尺度燃烧的重要课题。
　　本文在微尺度的平板型微通道燃烧器中采用了常规尺度的燃烧器使用的钝体稳燃技术,使用商业软件FLUENT的层流、湍流模型,以及详细的化学反应机理模拟计算了冷态与燃烧情况下氢气空气混合气体在燃烧室中的速度场、温度场和火焰结构。然后以实验验证了模拟计算中进口气体当量比对吹熄极限的影响。通过对比模拟计算以及实验结果,本文得出以下的一些结论:
　　(1)随着进口速度增大,火焰锋面逐渐从钝体前方推移到钝体后方,燃烧室壁面的温度分布也变得更加均匀,这说明加装钝体对提高燃烧器的使用寿命有明显的帮助;
　　(2)微尺度平板燃烧器中的三角形钝体替换成半圆形钝体后,由于钝体前方弓形面积的增加,减小了钝体后方回流区域涡的摆动频率,对速度场的稳定有一定效果;
　　(3)微尺度平板燃烧器中的三角形钝体替换成半圆形钝体后,由于前方迎流面积增大,对低速度状态下的混合气体燃烧有很好效果,燃烧效率也随之增大。但在高速状态下则和三角钝体的效果相同;
　　(4)微尺度平板燃烧器的火焰结构、温度分布对壁面厚度的变化不敏感;
　　(5)微尺度平板燃烧器的材质替换为更高导热性的材质时,火焰随进口速度的发展过程加快,而且低速状态下的燃烧效率提高;但在高速状态下燃烧效率下降;
　　(6)通过对吹熄极限计算结果的比较,发现层流模型与低雷诺数湍流模型在低速状态下的计算结果接近,但是在高速状态下,低雷诺数湍流模型计算的结果更接近实验结果。

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作者
张若昀;
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作者单位

华中科技大学;

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授予单位华中科技大学;
学科工程热物理
授予学位硕士
导师姓名范爱武;
年度 2012
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类燃料与燃烧;热工学;
关键词
微型燃烧器; 钝体稳燃技术; 湍流模型; 化学反应机理; 混合气体; 火焰结构; 温度分布;

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