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【6h】

二甲醚在微型燃烧器内催化燃烧特性实验研究

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符号表

1 绪论

1.1微尺度燃烧研究背景

1.2微尺度燃烧器的发展

1.3微尺度燃烧及催化燃烧

1.4微尺度燃烧研究现状

1.5本文研究内容

2 实验设备及测量方法

2.1实验系统及测量方法

2.2主要设备

2.3催化剂

3 定壁温下二甲醚催化燃烧特性研究

3.1引言

3.2实验系统

3.3催化活性

3.4壁面及尾气温度

3.5转化率及产物分析

3.6本章小结

4 尺度效应对二甲醚催化燃烧特性的影响

4.1引言

4.2实验系统

4.3间距2mm燃烧器中催化燃烧特性

4.4间距2mm与4mm燃烧器对比实验

4.5本章小结

5 平板式微燃烧器内二甲醚催化燃烧与动态火焰研究

5.1引言

5.2实验系统

5.3未添加石英棉催化燃烧

5.4添加石英棉催化燃烧

5.5本章小结

6 全文总结与展望

6.1主要结论

6.2创新点

6.3展望与不足

参考文献

攻读硕士学位期间获得的科研成果

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摘要

近年来,随着微加工、微电子集成以及信息技术的不断进步,极大地促进了便携式设备的发展。微尺度燃烧系统以其体积小、能量密度高、供能时间长等优点受到国内外广泛关注,在航空航天、军事、生活等方面都有广泛应用前景。如何提高微动力系统燃烧稳定性和燃烧效率,成为了当前的热点及难点问题。本文围绕这一个科学问题,开展了二甲醚在平板式微燃烧器内的催化燃烧实验研究,获得了不同流速、当量比、催化剂布置方式、燃烧器尺寸、加热温度等对二甲醚催化燃烧特性(稳燃范围、火焰形态、壁面温度分布、燃烧转化率等)的影响。
  采用Pt/ZSM-5粉末作为催化剂,在定壁温条件下进行二甲醚铂催化燃烧实验。在Φ=1,v=0.1m/s时,获得二甲醚的着火点为143℃。二甲醚发生催化反应时,燃烧器外壁面温度分布有明显的高温区,且高温区在催化剂段,没发生反应时壁面温度分布较为均匀,无高温区。随着流速增加,二甲醚转化率单调下降;随着当量比增加,二甲醚转化率先升高后降低,在Φ=1.2时达最大值;二甲醚催化燃烧产物主要是CO2和H2O,在大当量比工况下燃烧产物中会检测出甲烷和乙烷。
  在不同间距h的平板燃烧器中对二甲醚进行铂催化燃烧特性实验研究,发现在间距h=2mm的燃烧器中,催化剂的作用使二甲醚开始反应的温度下降了110℃左右。在同样的工况下,转化率h=2mm的燃烧器高于h=4mm的燃烧器;尾气温度h=4mm的燃烧器高于h=2mm的燃烧器;壁面温度h=2mm的燃烧器高于h=4mm燃烧器。
  在微型平板燃烧器内进行了二甲醚/空气铂催化燃烧实验,发现添加石英棉后稳燃范围明显高于未加石英棉的情况。未添加石英棉时,当量比Φ为1.2~1.4时,可以让火焰驻定;Φ>1.4时,会产生振荡火焰,震荡过程可分为3个阶段;Φ<1.2时,无火焰产生。添加石英棉后,火焰驻定在石英棉处,随着流速的增加,火焰高度增加,壁面温度沿壁面中心线呈对称分布。壁面温度随流速增加而增加,温度峰值向出口处移动。尾气中CO2含量在Φ=1时达最大值13.44%,在富燃情况下,产物中存在CO和H2,且随当量比增加,二者含量增加。

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