微型热光电燃烧器及系统的研究

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1、河南科技大学硕士学位论文微型热光电燃烧器及系统的研究姓名：赵新璞申请学位级别：硕士专业：动力机械及工程指导教师：徐斌20080601摘要论文题目：微型热光电燃烧器及系统的研究专业：动力机械及工程研究生：赵新璞指导教师：徐斌摘要近年来，随着小型化技术和微加工技术的不断发展，微机电系统（MEMS）已广泛应用于汽车、航天、电信、医疗等各个领域，但微机电系统的能源问题已逐渐成为其发展的最大障碍。因此，开发出高功率高密度的微动力系统具有较强的现实意义。微型热光电系统（MicroThermophotovoltaicsorMTPV）是一种新型的微动力装置，微型燃烧（辐射

2、）器是MTPV系统的重要组成部分，其性能优劣直接影响系统的能量转换效率。本文对采用多孔介质结构的圆管型微型燃烧（辐射）器进行了数学模拟和实验研究。建立了二维数学模型，进行数值模拟，并进行了实验验证。结果表明计算模型具有一定的预测精度，为研究分析微型燃烧器燃烧过程和热辐射强度提供了有效的方法。在模拟计算中，我们建立了多孔介质燃烧（辐射）器的燃烧和辐射数学模型，模拟了燃烧器在不同孔隙率、不同入口流量和不同混合气当量比情况下的燃烧辐射状况。从模拟结果分析得出以下几点：（1）提高了燃烧辐射器的单位体积发热量和热辐射强度。（2）提高了燃烧辐射器的热惯性，使燃气能在较

3、宽的过量空气范围内稳定燃烧，同时减少了热损失，使可被光电池有效吸收的辐射波段范围增加。（3）提高了整个系统的能量转换效率，降低了污染排放率。在试验中，我们采用选择性辐射材料（MgO）燃烧辐射器和相匹配的GaSb（镓锑合金）为材料的光电池，对微型燃烧器的内部燃烧传热和外壁面热辐射方面对光电转换的影响进行了实验研究和计算分析。研究结果表明，采用选择性辐射材料，合理选择相关参数可以优化燃烧器的壁面温度分布和辐射器的辐射强度，提高系统热光电转换效率。研究分析结果为微型热光电系统的开发提供了有价值的理论参考依据。关键词：微型TPV系统，多孔介质，数值模拟，燃烧器，热

4、辐射I摘要论文类型：应用研究II摘要Subject:StudyonMicroThermophotovoltaicCombustorsandSystemsSpecialty:PowerMachineryandEngineeringName:ZhaoXinpuSupervisor:XuBinABSTRACTInrecentyears,withtheconstantdevelopmentofminimizationtechnologyandmicro-processingtechniques,Micro-electromechanicalSystem(MEMS)

5、hasbeenwidelyappliedinthefieldsofautomobiles,aerospace,communications,andmedicineetc.However,theenergyproblemsturnedouttobethegreatesthindrancetothedevelopmentofMEMS.Therefore,ithasrealisticimportancetodevelopmicro-drivesystemsofhighpoweranddensity.MicroThermophotovoltaics(MTPV)is

6、akindofnewmicro-drivedevicesandmicrocombustors(radiators)aretheimportantpartofMTPV,ofwhichtheperformancedirectlyinfluencestheenergyconversionefficiencyofthesystem.Thisarticleintroducesthemathematicalanalysisandlaboratorystudyontubemicrocombustors(radiators)ofporousmediastructure.N

7、umericalvalueanalogandlaboratoryverificationarecarriedoutwithatwo-dimensionmathematicalmodel.Theresultshowsthatthecomputermodelhascertainforecastprecisionandprovidesanefficientmethodforthestudyandanalysisonthecombustionprocessandheatradiationstrengthofmicrocombustors.Duringtheanal

8、ogcomputation,wesetupamathematica