微尺度燃烧器性能优化及热-声震荡分析

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微尺度能源装置在国防、医院、军事、民生等方向越来越重要。微尺度光电装置作为微尺度能源装置的一种,具有高寿命、高能量密度、安静等特点,从而吸引了众多科研人员的目光。微尺度燃烧器作为微尺度光电系统的关键部件,其热量利用率的能力决定了微尺度光电装置的效率。微尺度燃烧器壁面受热释放光子,微尺度燃烧器壁面温度高低决定了微尺度燃烧器的发光性能,壁面温度的均匀的决定了有效光子的发射。因此如何提高燃烧器的壁面温度成为本文研究的重点。热-声震荡是燃烧过程中比较常见的现象,噪声的出现会增加燃烧中的扰动性,进一步可能会造成燃烧过程中出现熄火现象。因此噪声对于燃烧的过程中的热反应率、流体压强、流体流速都会造成影响。不稳定的热反应率又会加剧噪声的出现。据作者所知,还没有文献设及到微尺度燃烧器中的热-声之间互相震荡关系研究。在前人的文献中提及,微尺度燃烧器中添加肋可以有效的提高微尺度燃烧器的壁面温度,从而提高微尺度光电系统的发电效率。即使如此这种燃烧器的热损失依然比较大,且出口流体依然具有较高温度,这种燃烧器在文中命名为model(a)。文中设计两种微尺度燃烧器,第一种燃烧器在出口处添加一根肋,用以强化传热效果,这种燃烧器命名为model(b),第二种燃烧器在modle(b)燃烧器的基础上在再添加一根肋,这种燃烧器命名为model(c)。文中使用氢气-氧气作为混合燃料进行数值计算,计算结果表明在出口添加肋的方法,虽然能提升出口处附近壁面温度,但是整个壁面温度并没有得到有效的提升。model(c)可以有效的提高整体壁面温度且壁面温度更加均衡。从温度云度上看,model(c)的热损失最小。在速度云图上看,model(c)的流动损失最大。文中以model(a)为基础探究进口震荡对于微尺度燃烧的影响。文中使用火焰传递函数法确定在1000 Hz频率附近为model(a)的共振频率。文中分别以300 Hz和1000 Hz为进口扰动频率探究其微尺度燃烧的影响。数值结果表明,在1000 Hz扰动频率下,微尺度燃烧具有更高的噪声情况,且流体流动更加紊乱。但时在1000 Hz扰动频率下,微尺度燃烧器具有更高的燃烧稳定性和更高的燃烧效率。
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