硅基微尺度燃燒器燃燒特性與結(jié)構(gòu)失效的研究.pdf

1、基于燃燒的微發(fā)電系統(tǒng)是一種新概念的電池，它將一個發(fā)電過程集成在數(shù)十立方厘米甚至數(shù)立方厘米的空間內(nèi)，具有化學(xué)電池?zé)o法比擬的優(yōu)越性，因此，成為目前世界各國關(guān)注和競相研究的焦點和熱點。本文以美國麻省理工學(xué)院研制的硅基六晶片微燃燒器為研究對象，采用數(shù)值計算的方法，開展小/微燃燒理論和技術(shù)，微燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的應(yīng)用基礎(chǔ)性研究，主要包括如下內(nèi)容： 1、硅基六晶片微燃燒器燃燒特性的研究以氫氣/空氣為混合燃料，采用考慮了基元反應(yīng)動力學(xué)機理燃燒

2、程序的二維CFD數(shù)值分析方法，主要研究微尺度下燃料混合當(dāng)量比、燃料流速、燃燒器壁墻傳熱系數(shù)對該尺度燃燒器燃燒特性的影響，重點探討該燃燒器發(fā)生熄火、回燃的癥結(jié)，并將所計算的結(jié)果與美國麻省理工學(xué)院的實驗結(jié)果進(jìn)行比較，以檢驗所使用方法的正確性。 2、微燃燒器結(jié)構(gòu)的虛擬裝配技術(shù)的研究通過對目前微燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的研究，提出利用機械虛擬裝配技術(shù)完成微燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要研究利用基于特征的零件實體建模技術(shù)構(gòu)建微燃燒器各個晶片的方法，研究

3、利用虛擬裝配技術(shù)模擬具體實際裝配過程完成微燃燒器結(jié)構(gòu)的方法、研究采用干涉檢驗技術(shù)、爆炸技術(shù)檢查整個燃燒器結(jié)構(gòu)正確性的方法，并將所研究的結(jié)果與新加坡高性能研究所構(gòu)建微燃燒器的方法進(jìn)行對比，以驗證所研究方法的正確性、可行性和優(yōu)越性。 3、微燃燒器的結(jié)構(gòu)失效的研究在上述燃燒器燃燒特性、結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究基礎(chǔ)上，以硅基六晶片微燃燒器為研究對象，采用理論和數(shù)值計算相結(jié)合的方法，在不考慮微燃燒器加工過程中殘余應(yīng)力的前提下(由于實驗經(jīng)費、實驗設(shè)備

4、的缺乏)，首先，在不發(fā)生回燃、發(fā)生回燃兩種情形下，分別對微燃燒器結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變分析，然后引入機械模糊可靠性設(shè)計方法預(yù)測該燃燒器的結(jié)構(gòu)壽命，并將所計算的結(jié)果與美國麻省理工學(xué)院的實驗結(jié)果進(jìn)行比較，以檢驗所使用方法的正確性。綜上所述，本文提出利用二維CFD數(shù)值計算方法，在考慮多步基元化學(xué)反應(yīng)機理的基礎(chǔ)上，研究微尺度燃燒器燃燒特性及火焰的穩(wěn)燃機理；提出利用機械虛擬裝配技術(shù)構(gòu)建微燃燒器的結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上，對處于運行過程中的微燃燒器結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)