Power MEMS燃氣渦輪發(fā)電機的實驗研究.pdf

1、微燃發(fā)電機是功率為幾瓦至幾百瓦的微型燃氣透平(MGT)，屬于MEMS的微能源動力系統(tǒng)。它在航空航天、通信、生物醫(yī)學、國防等領域具有廣闊的應用前景。如今國外興起的微燃發(fā)電機是從汽車渦輪發(fā)電機和飛機輔助發(fā)電機轉(zhuǎn)化而來，完全得益于高效回熱器、空氣軸承、高頻率逆變電機和高效低污染燃料等新材料新技術。它比傳統(tǒng)小型燃機還小很多，作為靈活分布的綠色環(huán)保電源迅速崛起。
　　 本論文在此基礎上探索性地提出了一種Power MEMS燃氣渦輪發(fā)電機結

2、構，進行了樣機試制及工況特性實驗。使用FLUENT軟件模擬其內(nèi)部流場，并與試驗數(shù)據(jù)進行對比分析的研究。最后以管道式微燃燒器為例，利用化學動力學軟件CHEMKIN研究了微空間氫氧催化燃燒特征。
　　 首先，本文詳細介紹Power MEMS燃氣渦輪發(fā)電機原理設計和結構設計，對三級氣體引射壓縮器的設計做了全面闡述。外徑為8mm的樣機在高速下運動平穩(wěn)且部件之間摩擦小，但存在漏氣較大的現(xiàn)象。最后針對樣機所存在問題提出若干改進方案，并進行理

3、論分析論證。
　　 其次，著重對微型化實驗臺架的設計和測功實驗進行闡述。完成樣機在四類不同工況下的特性測試，比較了進氣壓力、進氣流量、進氣溫度對樣機功率提升的影響程度大小。針對兩種結構改進方案并進行相應三大類工況測試，實驗證明八葉渦輪比六葉渦輪具有更優(yōu)越的性能，空杯型線圈比鐵芯線圈的轉(zhuǎn)化效率更高。
　　 再次，通過對H2/O2在微管道型燃燒室中催化燃燒(鉑粉催化)的情況進行數(shù)值模擬。關注反應壓力、當量比等對燃燒室內(nèi)溫度的

4、分布及變化、各組分在燃燒室內(nèi)的分布及其變化、化學反應的速率的影響。模擬結果表明：在微管道燃燒器中，較高的反應壓力有利于提高微燃燒器氫氧燃燒效率，但過高的反應壓力卻會限制微燃燒器的燃燒負荷率；選擇合適的當量比(1～1.5)有利于微燃燒器氫氧混合物的充分燃燒；催化燃燒需要一個最低的熱通量或溫度來完成點火。
　　 最后，介紹Power MEMS燃氣渦輪發(fā)電機樣機的加工制造過程與應用前景。實驗中所獲得樣機最高空轉(zhuǎn)速達100000r/mi