微燃烧器外墙壁热损失对微尺度燃烧特性的影响分析

摘要

以美国麻省理工学院(MIT)研制的硅基六晶片微燃烧器为研究对象,研究其外墙壁热损失状况对该燃烧器燃烧特性的影响程度.采用考虑了基元反应动力学机理燃烧程序的二维CFD数值分析方法,研究在微燃烧器入口处氢气/空气当量比、流量不变的情况下,其外墙壁热损失状况对燃烧器燃烧特性的影响程度.整个计算过程包括混合气体的流动路径、燃烧器的内部区域以及其墙壁面;同时在计算过程中也考虑了混合气体的流体动力学特性、传热学特性和详细的基元反应机理.计算结果表明,燃烧器外墙壁的热传递状况不但影响燃烧器的燃烧性能,还对整个燃烧器的结构寿命影响较大.随着外墙壁热传递状况的改善,如从150 W/(m2·K)增大到250 W/(m2·K),燃烧器排出气体的温度、燃烧性能均出现降低或下降的趋势,但外墙壁的热传递系数过小,如50W/(m2·K)时,燃烧器的微细通道内将发生回燃.结果表明,利用二维CFD数值模拟的方法研究微尺度燃烧器燃烧特性可行,与国外实际测量结果较为相近,为今后微型燃气轮机燃烧器的研制及改进提供了一定的参考依据.