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【6h】

氢气/空气在多孔介质微燃烧器中稳燃特性的数值研究

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容及方法

第二章 物理数学模型与数值解法

2.1 物理数学模型

2.2 化学基元反应

2.3数值方法

2.4 本章小结

第三章 数值模型的验证和比较

3.1 实验系统及结果简介

3.2网格独立性验证

3.3模型可靠性验证

3.4 模型比较

3.5 本章小结

第四章 稳燃范围的影响因素研究

4.1 壁面导热系数的影响

4.2多孔介质导热系数的影响

4.3 多孔介质孔隙率的影响

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

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摘要

随着小型化装备的快速发展,微小尺度燃烧成为提供便携式动力的一种潜在途径。多孔介质燃烧通过固体骨架的回热作用,可以增强微燃烧器中的热量回流,改善火焰的稳定性,可能成为增强微燃烧器稳燃性能的一种手段。目前,仅有少数研究关注毫米尺度的多孔介质微燃烧,针对稳燃特性的研究尤其不足。因此,本文基于部分填充多孔介质的平板型微燃烧器,建立了二维数学模型,采用CFD软件Fluent进行数值模拟,研究了氢气/空气预混燃烧过程中壁面导热系数kw、多孔介质导热系数ks、多孔介质孔隙率ε对稳燃范围的影响。实验研究定义了界定稳燃范围的两个临界条件(Φ1表示火焰突破多孔介质下端面并继续向上游传播;Φ2表示火焰脱离多孔介质并在出口处稳燃)。数值结果表明:壁面导热系数 kw是影响稳燃范围的重要因素,当 kw逐渐增大时,Φ1随之升高,Φ2在初始阶段下降随后趋于平稳,稳燃范围整体变宽。孔隙率ε也是影响稳燃范围的重要因素,随着ε的增加,Φ1随之降低,Φ2保持不变,稳燃范围变窄。当ε过低时,火焰无法稳定在多孔介质,稳燃范围将消失。在模拟工况范围内,多孔介质导热系数ks对微燃烧器的稳燃范围无明显影响。本文同时还研究了多孔介质参数对单温和双温模型之间差异的影响。结果表明,孔隙率ε越高,导热系数ks越低,两种模型之间差异越小,即单温模型适用于高孔隙率ε、低导热系数ks的多孔介质。本文的结果对于多孔介质微燃烧器的设计具有一定的理论指导意义。

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