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随着MEMS技术的发展,开发高效、持久、微型化的供能系统已经成为该领域的重要目标。与化学电池相比,碳氢燃料具有能量密度高、成本低、环保等优势。为了提高燃烧利用率,对燃烧过程的机理和详细状况进行深入的研究和探讨是必不可少的。虽然自由基失活引起的化学熄火逐步引起了大家的关注,但对壁面附近的自由基行为以及对火焰传播和熄火的影响机制,实验上还缺乏足够的证据,数值解析方面的工作也较少。本文将针对此方面做出深入研究。 本文采用平面激光诱导荧光设备实验研究甲烷/空气预混燃烧火焰中 OH自由基在近壁面附近的行为,考察了壁面材料、雷诺数、当量比和壁面间距对OH自由基的分布特性、最大荧光强度和淬熄距离的影响。研究发现:微通道内OH自由基最大荧光强度最高的材料为304钢,最低的为镁合金AZ31B;淬熄距离最小的材料为304钢,最大的为镁合金AZ31B;最大OH自由基荧光强度越大,熄火间距就会越小;出口气体流速的增加使火焰的最大荧光强度减少,使得OH自由基更易淬熄,造成淬熄距离较大;减小过量空气系数,最大荧光强度会增加;当壁面间距为7 mm时,出现两块独立的OH区域,中部几乎不存在OH自由基,此现象为自由基熄灭再点火,主要原因是散热条件下的热熄火,而在上部壁面散热影响小的区域重新着火。 为了探索壁面反应作用于甲烷/空气预混火焰中 OH自由基的影响规律,通过数值模拟的方法研究了壁面活性、进气速度、压力和当量比对微通道内温度分布特性和OH等自由基分布特性的影响。研究发现:随着反应压力的增加,微通道内单位时间自由基碰撞的次数变多,反应温度随之升高。OH自由基在活性近壁面处会参与反应,使得活性壁面微通道内OH自由基质量分数小于惰性壁面。随着当量比从0.6增加到1.2,反应区域和高温区域增大,但最高温度随之降低。微通道内OH自由基质量分数随当量比增大而增加,且惰性壁面附近 OH自由基增加的幅度大于活性壁面。增加流速,微通道内扰动增强,燃烧反应更加剧烈,导致微通道内温度升高,OH自由基质量分数随之增加。微通道内H、O、OH和CH3自由基均呈现出惰性壁面的质量分数略高于活性壁面;CH3自由基质量分数峰值出现在最靠近入口处轴向位置,其它三种自由基质量分数到达峰值约在同一轴向位置。