模块式热光电系统中亚毫米燃烧室的数值模拟及优化设计

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1、模块式热光电系统中亚毫米燃烧室的数值模拟及优化设计江苏大学硕士学位论文模块式热光电系统中亚毫米燃烧室的数值模拟及优化设计姓名：李晓春申请学位级别：硕士专业：工程热物理指导教师：薛宏;潘剑锋20100610江苏大学硕士学位论文摘要微动力机电系统能够为微型机械提供长寿命、大能量密度的能源或动力，是动力装置发展的第四个里程碑，因而成为各个国家科研竞争的焦点之一。由于碳氢燃料的高能量密度和微加工技术的进步，应用微燃烧技术的微动力系统被提出并得到快速发展。微热光电系统micro―thermophotovoltaicsystem是其中的一种，它具有结构简单、无运动部件、加工方便和

2、操作可靠等优点。本文设计了一种新型的模块式微热光电系统，其核心部件是亚毫米平板式燃烧室。在分析国内外微尺度燃烧研究动态的基础上，对该燃烧室进行了完整的三维数值模拟，取得了一些具有重要学术意义和使用价值的结果。1对平板式微燃烧室建立了合理的流动、传热和燃烧模型，基于较完整的氢氧化学反应机理，对燃烧室内的燃烧过程进行了数值模拟，并利用实验结果对模型的可靠性进行了验证。2模拟了燃烧腔的高度、氢氧预混气流量及混合比、喷口直径和形状对燃烧的影响，得到了这些因素对燃烧过程的影响规律。3在微燃烧室内引入了铂金催化剂并进行了氢氧催化燃烧的数值模拟，明确了在微尺度条件下催化剂对燃烧的影

3、响。模拟结果表明，催化燃烧能提高微燃烧室的壁面温度分布，且在燃烧腔内壁面的前段区域起主要催化作用。4分析前面模拟计算得到的结果，对微燃烧室进行了优化设计，得出了满足模块式微热光电系统设计要求的优化设计方案。它能使燃烧室外壁面温度提高5．5％左右，光电池效率和输出功率密度均有不同程度的提高。关键词：微热光电系统，亚毫米，平板式微燃烧室，催化燃烧，数值模拟本研究得到国家自然科学基金资助项目50706016、江苏省基础研究计划资助项巨1BK2008245和江苏省高校自然科学基金资助项目07l如B470015资助．江苏大学硕士学位论文ABSTRACTPowerMEMScana

4、ndformicroprovidehighdensitylong-lifepoweroutputthefourthmilestoneoftheofmachine，wasdevice，whichdevelopmentpowerbecamethefocusofresearchintheworld．Becauseofcompetitionhi班densi哆fuels，andoffabricationMEMSwashydrocarbonadvancingprocess，Powerproposedandwhichofmicrocombustion．developedrapidl

5、yappliedwasoneofPowerhadaMicro―thermophotovoltaicsystemtypeMEMS，whichforfabricationandsimplestructure，nomovingrequirementparts，nohi曲-precisionassembly,reliableoperation．ThisanewmodularizationmicropaperpresentedtypecoreWasasub-millimetercellcombustionchamber．system．thecomponentplaneBased

6、ontheofmicroscalecombustionresearchanalysisevolvement，acompletethree-dimensionalnumericalsimulationWasmadeforthecombustionchamber,someacademicandvaluableresultswasimportantsignificancegot．thedetailedreactiontransferandcombustion1Usingmechanism，Flow,heatmodelswerebuiltforthemicronumerica

7、lsimulationworkwaScombustor,andcarriedout．Theofthemodelswasvalidatedresults．reliabilitybyexperimentaleffectofdifferentchamberand2Theheight，pre-mixedhydrogenoxygengasflowrateanddiameterandonmixingratio，nozzleshapemicrocombustorWasfactor’SoncombustionWascalculated，thoseimpactgain