微型圓管中正庚烷-空氣預混催化燃燒特性實驗研究.pdf

1、隨著微型推進器、微型傳感技術、微電子機械及微加工技術的逐漸發(fā)展，毫瓦到瓦級動力源的要求越來越高。傳統(tǒng)的充電式電源受限于能量密度和充電時間，并不是最佳的選擇，基于燃燒的微型燃燒系統(tǒng)具有體積小、能量密度高、持續(xù)時間長以及補充燃料方便快捷等優(yōu)勢，逐漸受到人們的關注。隨著尺度減小，燃燒器面積/體積比急劇增大，燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率隨之發(fā)生變化；探究催化燃燒的尺度效應對微尺度能源系統(tǒng)的影響成為微尺度能源系統(tǒng)的重要問題之一。本文圍繞這個科學問題，開展

2、了正庚烷在微型燃燒器內燃燒特性和尺度效應的實驗研究，獲得了不同當量比及入口流速下正庚烷催化燃燒特性和尺度效應對正庚烷催化燃燒的影響。
　　在微型石英玻璃圓管內進行正庚烷/空氣預混催化燃燒特性實驗，采用填充床布置Pt催化劑，Ce0.8Zr0.2O2為載體，主要研究了催化活性、燃燒器壁溫、最高溫度、轉化率、壁面散熱等特性。催化活性實驗測得正庚烷在Φ=0.5的條件下的著火溫度為452K，且穩(wěn)定的催化燃燒可以在低于500K溫度下發(fā)生。自穩(wěn)

3、燃燒中，隨著雷諾數(shù)增大，壁面最高溫度逐漸向下游移動，且高溫區(qū)擴大，Φ=0.5和Φ=1兩種條件下燃燒器外壁最高溫度均在Re=125處發(fā)生明顯轉折。在雷諾數(shù)相同的條件下，Φ=1的工況相對于Φ=0.5的工況壁面最高溫度和轉化率更高、散熱量占輸入熱量的比例更小，說明Φ=1的工況更適于實際燃燒器的應用。
　　為了探究載體Pt對正庚烷催化燃燒的影響，在內徑為4mm的石英玻璃管中分別進行正庚烷在Pt/Ce0.8Zr0.2O2和Ce0.8Zr0.

4、2O2布置填充床下的燃燒實驗，實驗結果表明正庚烷在負載催化劑的條件下可以在當量比小于2的區(qū)域穩(wěn)定燃燒，而沒有催化劑的條件下正庚烷只能在當量比超過2的區(qū)域穩(wěn)定燃燒，說明載體上負載Pt有利于擴大正庚烷/空氣在微型圓管燃燒器內的穩(wěn)燃范圍；有催化劑的條件下，正庚烷/預混氣燃燒的壁面溫度和轉化率均高于同等條件下沒有催化劑的工況，實驗結果說明Pt催化劑對整個反應起著決定性的作用。
　　采用Pt/Ce0.8Zr0.2O2布置填充床，在內徑分別為

5、2,3,4mm的微圓管中進行正庚烷催化燃燒實驗，研究正庚烷自穩(wěn)燃燒機理及尺度效應，獲得了穩(wěn)燃范圍、管壁溫度以及燃燒效率等參數(shù)。正庚烷能在壁溫低于430K的條件下維持穩(wěn)定的自穩(wěn)燃燒。隨著當量比（Φ）增加，以雷諾數(shù)（Re）為標準的穩(wěn)燃范圍逐漸擴大，但是會間接導致燃料浪費。隨著管徑增加，穩(wěn)燃下限的雷諾數(shù)逐漸減小，在內徑為4mm的燃燒器內雷諾數(shù)最低可達12。穩(wěn)燃下限附近，當量比是影響壁溫的主要因素；而穩(wěn)燃上限則是由雷諾數(shù)主導。最高壁溫對應的雷諾