● 摘要
微尺度燃烧是随着MEMS技术的发展，为了满足可携带电子设备的长时间供电和国防上微小型高性能动力源和电源的需求而开展研究的。由于开展研究时间较短，还有许多科学和技术难题需要去攻克。本文是在一种新型的微动力机电系统，即微型热光电TPV系统的基础上对氢燃料在微尺度下的燃烧特性进行模拟研究的。本文对微型TPV系统中最重要部分之一的微型燃烧室建立了燃烧模型，通过FLUENT软件，对二维绝热条件和三维非绝热条件下的微型燃烧室燃烧特性进行了模拟研究，并对影响燃烧稳定的有关因素进行了分析。研究结果表明：在二维绝热条件下，当氢气-空气流速和混合比在一定范围内时，可以在微型火焰管内维持稳定的燃烧，当混合比在0.5附近时，燃烧效率最高，而流速对微燃烧的最高温度影响不大，但燃烧室形状燃烧的进行却有较大影响，设计合理的燃烧室将有助于燃烧的改善。在三维非绝热条件下，当氢气-空气流速和混合比在一定范围内时，也可以在微型火焰管内维持稳定的燃烧，混合比在0.5附近时，燃烧效率最高，并且总传热率最大，流速对微燃烧的最高温度影响依旧不大，但对总传热率有影响，流速越高，总传热率越大。壁面的材料对总传热率也有很大影响，对流换热系数越高的壁面材料其总传热率越大。对比二维绝热和三维非绝热的模拟结果中发现，由于微尺度下表面积/体积比较大，散热非常明显的，二维模型误差较大，三维模拟结果更接近真实情况，因此分析氢燃料在微尺度下的燃烧时，采用三维模型来分析较为准确，但在特定条件下研究各种因素对燃烧反应的影响时，采用二维绝热模型分析却较为方便