微通道內甲烷催化燃燒的數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術日新月異的迅速發(fā)展，微器件對許多領域的影響日趨明顯，裝置的微型化與微型系統(tǒng)的研究已成為當今研究的重要課題。近年來，國內外科研機構相繼開展了微動力機電系統(tǒng)和微發(fā)動機的研究工作。 通過分析微燃燒器內影響碳氫燃料穩(wěn)定燃燒和催化燃燒效率的關鍵控制條件和因素，對微燃燒器進行了設計計算，并采用電火花加工技術對微燃燒器進行了加工。對微燃燒器內甲烷/空氣混合物的燃燒情況進行了數(shù)值模擬研究，探討空間反應、當量比、

2、溫度及質量流量等因素對甲烷/空氣混合物在微燃燒器內催化燃燒的影響。 數(shù)值計算結果表明，溫度是影響環(huán)形微細腔內甲烷催化燃燒的主要因素。隨著壁面溫度的提高，甲烷轉化效率均提高。在不同甲烷當量比的情況下，溫度對甲烷催化燃燒影響程度不同。甲烷當量比越低，溫度的提高對甲烷轉化率的促進作用就越明顯。因此，在保證催化劑不失效的情況下，應盡量采取措施提高催化壁面的溫度。 合適的甲烷當量比是實現(xiàn)甲烷穩(wěn)定高效燃燒的關鍵性因素。隨著甲烷當量比

3、的增加，甲烷轉化率呈先增加后降低的趨勢，即存在最佳甲烷當量比。最佳甲烷當量比隨壁面溫度升高而減小。為獲得最佳甲烷轉化效率，微燃燒器的甲烷當量比應控制在0.8～1.0范圍內較為合理。 甲烷轉化率隨甲烷質量流量的增加而降低。甲烷質量流量的增加使混合氣體的總質量流量增加，從而使混氣體的流速增加，會大大減小燃料混和氣與催化表面的接觸時間，使表面反應不能充分進行。 在微尺度條件下，表面反應對甲烷轉化率的貢獻大約是空間反應的150倍