资源描述：
《甲烷空气预混气体在微通道中催化转化的数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第11卷第1期燃烧科学与技术Vol.11No.12005年2月JournalofCombustionScienceandTechnologyFeb.2005甲烷/空气预混气体在微通道中催化转化的数值模拟3钟北京,伍亨(清华大学航天航空学院,北京100084)摘要:用详细化学反应机理研究了微型直通道中甲烷/空气预混气体在镀Pt热壁上的催化燃烧问题.联合使用计算流体力学软件FLUENT和可以计算表面催化反应的化学反应动力学软件DETCHEM,对微型直通道中当量比在0.01～10.0范围之间的甲烷/空气预混气体的催化燃烧进行了数值模拟.计
2、算结果表明,在微尺度催化燃烧中当量比和温度对甲烷催化转化率、转化速度有重要的影响.关键词:微尺度;催化燃烧;数值模拟中图分类号:O643.3文献标志码:A文章编号:100628740(2005)0120001205NumericalSimulationonCatalyticCombustionofCH4/AirinMicrochannelZHONGBei2jing,WUHeng(SchoolofAerospace,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)Abstract:Catalyticcom
3、bustionofCH4/airmixtureinhotmicro2channelplatingPt(ascatalyst)wasnumericallyinvesti2gatedbyusingthecommercialfluiddynamicscodeFLUENTcoupledtoexternalsubroutineDETCHEMthatmodeledthesurfacechemistryinthechannel.Thehomogeneousreactionswereneglectedincalculations.Equivalen
4、ceratioofCH4/airmixtureisintherangeof0.01～10.0,andconstantwalltemperaturewasadoptedasaboundarycondition.Theresultsin2dicatedthatequivalenceratioandtemperaturehaveimportantinfluenceoncatalyticcombustionofCH4.Keywords:micro2scale;catalyticcombustion;numericalsimulation基于
5、燃烧的微动力机电系统(PowerMEMS)、微推面催化燃烧情况进行过初步研究,得出催化壁面温度进系统和微型发电系统等的发展使人们开始关注对微在1000K以上时贫燃混合物能够发生剧烈反应的结[2]尺度燃烧的研究.在微尺度燃烧中,由于尺寸的缩小,论.前期研究结果表明,当量比为0.4的甲烷2空气[1]常规燃烧很难正常进行.Choi等人经过实验得出化混合物在有催化表面的横截面为1mm×1mm有逆流学当量比下甲烷/空气混合物在管型通道内常规燃烧换热的微通道燃烧器内,可以实现持续、稳定的燃[3]时的灭火直径为3～4mm.突破这个可燃极限的方法烧
6、.之一是采用表面催化燃烧.同时,由于微尺度催化燃烧本文将在前期研究的基础上通过数值模拟,进一的反应机理、燃烧条件等与常规燃烧有很大的差异,其步研究管径为1mm的微型直通道中甲烷/空气混合燃烧过程会呈现不同的特征,研究各种因素对催化燃物在热壁催化表面上的燃烧情况,探讨当量比与温度烧的影响对于实现微尺度条件下燃料的稳定性具有很的变化对甲烷/空气混合物在微尺度通道内催化燃烧重要的实际意义.Kaoru等人曾对当量比为0.4的甲的影响.烷/空气混合物在直径为1mm的微型直通道中的表3收稿日期:2004205213.基金项目:国家自然科学基金资
7、助项目(50376027);教育部博士点基金资助项目(20010003067).作者简介:钟北京(1963—),男,博士,副教授,zhongbj@tsinghua.edu.cn.©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.·2·燃烧科学与技术第11卷第1期1物理模型和数学模型2反应机理[4]计算中采用的物理模型是一个直径为1mm、长度模拟中,采用Deutschmann等人提出的甲烷在为10mm的圆柱型管道燃烧器(见图1).为了避免入Pt表面上的催化反应
8、机理,包括7个吸附基元反应、11口边界条件与有催化的边界条件重合以后造成数值计个表面化学基元反应和5个解附基元反应.其中涉及[2]算上的麻烦,假定管道入口处的1mm不发生表面11种表面相组分:Pt(s)、CH3(s)、CH2(s)、C
