微尺度催化燃烧过程中传质准则数分析.pdf

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1、第41卷第6期2012年12月小型内燃机与摩托车SMALLINTERNALCOMBUSⅡONENGINEANDMOTORCYCLEV01．41No．6Dec．2012微尺度催化燃烧过程中传质准则数分析+周俊潘剑锋卢青波唐爱坤邵霞(江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013)摘要：在微尺度燃烧过程中，由于在很小的范围内各种中间组分和燃烧产物的传质和传热过程以及化学反应过程相耦合，因此微燃烧室内部的对流传质问题比较复杂。基于金属Pt壁面催化微燃烧室的模拟结果，分析了燃烧化学反应过程中组分OH的浓度梯度、传质和流动过程的计算结果，并结合无量纲分析法，推导出传质

2、准则数舍伍德数sh的数学表达式，通过OH的截面平均sh。去表征微燃烧过程中空间气相反应的变化，并分析入口参数对sh。的影响及空间气相反应与表面催化反应之间的抑制作用。关键词：微尺度催化燃烧对流传质无量纲分析传质准则数中图分类号：TK5文献标识码：A文章编号：1671—0630(2012)06—0039—04AnalysisoftheCriterionNumberofMassTransferintheMicro-scaleCatalyticCombustionProcessZhouJun，PanJianfeng。LuQingbo，TangAikun，ShaoX

3、iaSchoolofEnergyandPowerEngineering，JiangsuUniversity(Zhenjiang，Jiangsu，212013，China)Abstract：Inthemicro-scaleconditions，duetothemasstransferandheattransfercouplingwiththecombus—tionprocesswithinthemicro—combustor，theconvectionandmasstransferinthemicro-combustorarerathercomplicated

4、issues．Inthispaper，basedonthesimulationresultsofthePt—basedmicro-scalecatalyticeom—bustionprocessandtheconcentrationgradient，masstransferandflowoftheOHcomponentsinthemicro—combustor，dimensionlessanalysismethodwasusedtocalculatethedimensionlessSh。numberwhichdescribedthespacegasphase

5、reactionandmasstransferintensityinthechannelcross—sectionawayfromtheentranceatx．TheneffectsofinletparametersonthedimensionlessSh；numberandtheinhibitionbetweenthespacegasphasereactionandcatalyticreactionwereanalyzed．Keywords：Micro—scalecatalyticcombustion，Convectionandmasstransfer，D

6、imensionlessanalysis，Criteri—onT1umberofmasstransfer引言微尺度条件下，由于表面积增加使散热损失增加，预混合气在燃烧室内更容易熄火，燃烧不稳定性增加⋯。但燃烧室内部比表面积的增加能有效增加催化反应的效果，鉴于此，国内外相继开展了微尺度下的催化燃烧研究。但国内外学者大多都是基于数值模拟方面的定性分析，更深入的理论研究较少。本论文将结合微燃烧室的设计要求，采用金属催化材料铂(Pt)制作微燃烧室进行模拟分析，并从数学理论的角度出发，推导出传质准则数舍伍德数sh的数学表达式，通过截面平均Sh。去表征微燃烧过程中化学反

7、应的剧烈程度及位置变化，并分析入口参数对sh，的影响。t基金项目：国家自然科学基金资助项目(50706016)；江苏省六大人才高峰第八批资助项目(装备制造201127)；江苏省高校优势学科建设工程资助项目和江苏大学“拔尖人才培养工程”资助项目。作者简介：周俊(1985一)，男，硕士研究生，从事微尺度燃烧研究。小型内燃机与摩托车第41卷1计算模型及边界条件1．1计算对象及网格划分微通道燃烧室结构尺寸如图l所示，燃烧室内部为矩形通道，其尺寸为10mm×10mm×0．6mm，壁面厚度为0．35ram。计算过程中，设定坐标原点位于进口的中心位置。燃料采用氢氧预混气体

8、，当量比8=1，燃烧室壁面所采用Sic的物性参数如下