微尺度燃燒的可視化測量研究及數(shù)值分析.pdf

1、近年來，微動(dòng)力裝置因其在諸多領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用前景得到了迅猛的發(fā)展，而微型燃燒室作為微動(dòng)力裝置中最重要和最復(fù)雜的部分也引起了人們越來越多的重視，但是傳統(tǒng)的測量手段在微尺度下受到極大的限制以至于近年來一直不能準(zhǔn)確有效地對微尺度燃燒過程進(jìn)行測量，這嚴(yán)重阻礙了對微燃燒室內(nèi)復(fù)雜燃燒現(xiàn)象的深入探索。
　　 電容層析成像(ECT)技術(shù)能夠提供在線連續(xù)的可視化測量，其非侵入、多點(diǎn)、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)對于解決微尺度燃燒研究中的眾多難題有其獨(dú)到的優(yōu)勢。

2、
　　 本文運(yùn)用ECT方法對微型燃燒室內(nèi)火焰分布進(jìn)行可視化測量，將火焰的檢測擴(kuò)展到多維空間，提供了一種新的微燃燒測量手段。
　　 主要完成了以下幾方面工作：
　　 (1)概括總結(jié)了ECT圖像重建算法的種類并對常用算法的特點(diǎn)和局限性進(jìn)行了比較分析。探索了火焰的電學(xué)本質(zhì)，分析火焰等離子體特性和在ECT外部交流激勵(lì)下的介電特性，推導(dǎo)了火焰介電常數(shù)以及ECT系統(tǒng)被測電容值與火焰溫度之間的關(guān)系，得出火焰溫度越高，火焰介電常

3、數(shù)越大以及被測電容值越大的結(jié)論。
　　 (2)采用光譜法對微管內(nèi)的火焰信號進(jìn)行了在線檢測，通過對火焰信號的時(shí)頻分析獲得了火焰穩(wěn)定燃燒的判據(jù)，最后通過對火焰強(qiáng)度比方差和火焰閃爍頻率的分析得到了當(dāng)量比在1到2之間變化時(shí)，火焰穩(wěn)定性較好的結(jié)論，為合理的組織微燃燒提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　 (3)為滿足高溫環(huán)境條件，設(shè)計(jì)并制作了一款微小耐高溫型ECT傳感器，并對其對火焰的響應(yīng)特性進(jìn)行了測試。利用標(biāo)定實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了火焰介電常數(shù)與火焰溫度的

4、關(guān)系。搭建了微燃燒可視化測量實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)臺，實(shí)現(xiàn)了對微火焰的可視化測量，通過對ECT測量圖像的分析，研究了微燃燒的不穩(wěn)定性，其中不穩(wěn)定燃燒階段火焰圖像波動(dòng)明顯，火焰區(qū)域面積不大且容易發(fā)生熄滅現(xiàn)象。
　　 (4)基于FLUENT計(jì)算平臺，對微尺度燃燒室不同燃燒條件下的溫度場、速度場及各組分濃度場進(jìn)行了數(shù)值模擬，模擬結(jié)果顯示，在壁面絕熱情況下，燃燒室結(jié)構(gòu)的變化、入口速度的大小均會對微燃燒的燃燒效率及穩(wěn)定性造成影響；在壁面散熱的情況下，