近年来,碳氢燃料凭借高能量密度、质量轻、供电时间长等优点迅速吸引了国内外学者们的关注,基于碳氢燃料的微型动力系统获得了广泛研究。微型燃烧器作为微型动力系统的核心部件,其工作性能与系统能量输出紧密相关。但不同于常规尺度,微尺度燃烧面临着火焰淬熄和不稳定等挑战。面对这些挑战,许多强化燃烧、稳定火焰的措施被研究者们提出。我们课题组提出新的掺混方式,即甲烷/二甲醚/空气预混燃烧。在前期实验工作中已经发现二甲醚的添加能大幅度拓宽可燃极限,有效促进甲烷的燃烧。但实验平台测试技术有限,对甲烷掺混二甲醚燃烧的火焰动力学认识还不够充分。数值模拟相较于实验方法能更便捷的获得燃烧过程的详细信息。但当下适用于微尺度领域的甲烷/二甲醚混合机理尚未被开发出来。因此,本文的工作之一是开发出适用于微尺度燃烧的甲烷/二甲醚混合燃料机理。随后,运用该机理对甲烷/二甲醚/空气预混燃烧火焰动力学展开数值模拟研究,讨论二甲醚增强甲烷/空气燃烧稳定性的作用机制,并计算微燃烧器内的熵产率分析系统的?效率。论文的主要研究工作和创新点如下:(1)采用DRGEPSA软件对甲烷/二甲醚详细化学反应机理进行骨架机理简化。结合层流火焰速度敏感性分析,开发出适用于微燃烧领域的甲烷/二甲醚混合燃料机理(含有25个组分,96步基元反应)。该机理能准确预测一个大气压下,当量比0.7至1.5,不同二甲醚掺混比的点火延迟时间、层流火焰速度。利用所开发的机理,构建甲烷/二甲醚/空气在平板式微型燃烧器内的预混燃烧过程的三维数值模型进行模拟计算。结果表明,该模型不论是火焰形态,还是吹熄极限,均与实验结果达到良好吻合。(2)在不锈钢材质的平板式微燃烧器内,通过改变掺混比和当量比,完成了甲烷有无掺混二甲醚的火焰形态和吹熄极限基本对比。发现掺混二甲醚后新增U型火焰和双峰U型火焰,并且当量比为0.9时倾斜火焰不存在。讨论了贫燃和富燃条件对甲烷掺混二甲醚的作用原理,解释了添加二甲醚促进甲烷燃烧的主要原因。(3)重点讨论了当量比为0.9时,双峰U型和倒U型火焰的形成与转变机制,给出了结构原理图。从火焰位置和不对称度两个方面讨论了掺混比对倒U型火焰转变过程的影响。发现掺混二甲醚能有效延缓倒U型火焰向出口移动,强化其抵抗形变的能力。(4)通过改变掺混比和进气流速,计算了微燃烧器内甲烷掺混二甲醚的熵产率。详细讨论了二甲醚的添加对化学反应熵产、热传导熵产和质量扩散熵产的作用机制。进一步讨论了掺混比和流速对微燃烧器?效率的影响。发现当流速小于0.3m/s时,?效率随着掺混比的增加而降低。当流速大于0.3 m/s后,?效率趋势则相反。甲烷掺混二甲醚的输入能量随着流速的增加而扩大,因此高掺混比高流速是提高?效率的理想工况。