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《中国科学技术大学》 2006年
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微尺度燃烧特性及微能源系统的研制

曹海亮  
【摘要】:微型飞行器和便携电子设备等微小器件对高能量密度、长时间供能的微能源系统提出了迫切需求。本文进行了不锈钢微燃烧/透平发电机的系统设计、微燃烧器的设计和燃烧特性的实验研究,并进行了微燃烧/透平发电机系统的集成和性能测试。 轮周效率是设计微燃烧/透平发电机所追求的重要性能指标,涉及较多参数的选取,微透平的叶片型线是由一组特征参数和特征方程控制的曲线,所以微燃烧/透平的系统设计和叶片型线设计是需要不断优化的过程。为了提高设计和分析效率,本文在VC++6.0和ObjectARX编程环境下,二次开发AutoCAD,开发了集微尺度燃烧/透平的热力设计、气动设计、型线设计和绘图于一体的微燃烧/透平CAD软件系统。运用该系统,用户可以以人机对话的方式方便的实现微燃烧/透平发电机的热力设计、气动设计和透平叶片的型线设计,通过修改设计参数和控制参数,可以方便的计算不同设计参数下的轮轴效率和绘制不同的透平型线,并最终实现微燃烧/透平发电机的优化设计和自动绘图,大大提高了设计效率。 为了考察微燃烧室的燃烧特性,论文进行了三种不同燃烧室的氢气燃烧实验。进行了不锈钢微管的氢气预混燃烧实验,获得了微尺度燃烧火焰的型态、燃烧室壁面温度随过量空气系数和燃气质量流量的变化关系。通过比较和分析带有突扩段和不带突扩段的不锈钢管燃烧室的燃烧特性,验证了突扩段对微尺度燃烧具有稳定火焰的作用,因此在微燃烧室的设计中应优先加以考虑。 进行了微尺度环形燃烧器的氢气预混燃烧,发现在间隙为2min的微燃烧室内可以实现稳定的氢气预混燃烧,并且具有较宽的燃烧运行界限,最高过量空气系数可达4.5。计算了微燃烧器的壁面散热率,结果表明,微尺度燃烧器的热损失率较大,甚至超过燃烧热功率的70%。在微坏型燃烧器的基础上,开发了具有“C”型结构微燃烧室的全回热型微燃烧器,并进行了预混进气和分别进气两种进气方式下的氢气燃烧实验。预混进气时,微燃烧器的燃烧运行界限与微环型燃烧器基本相当,最高过量空气系数为5.0左右;而分别进气时,微燃烧器的燃
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TK16

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 邵敏;刘向军;;微细直管内甲烷燃烧的数值模拟研究[J];工业加热;2008年03期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 姜海;多孔介质内预混气体燃烧的实验和数值研究[D];中国科学技术大学;2008年
2 朱林;硅基微尺度燃烧器燃烧特性与结构失效的研究[D];中国科学技术大学;2008年
3 李艳霞;微型燃烧器内燃烧与传热特性研究[D];北京工业大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 陈蓉;梭式陶瓷窑炉二甲醚及其混合燃料燃烧过程的数值模拟[D];昆明理工大学;2011年
2 张凯;多孔介质回热微小燃烧器燃烧特性研究[D];郑州大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 胡宇群;微型飞行器中的若干动力学问题研究[D];南京航空航天大学;2002年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前7条
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6 陈皓生;陈大融;徐军;李疆;;一种微型飞行器测控系统的研究和设计[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集(上)[C];2001年
7 周兆英;王晓浩;熊沈蜀;朱荣;魏强;宋宇宁;王劲东;刘成;王立代;;MEMS传感技术和自主控制技术[A];2004中国空中机器人大赛论文汇编[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 徐涛;电场作用下液体乙醇微细尺度层流扩散燃烧的实验与数值模拟[D];华南理工大学;2010年
2 汪洋;微尺度环境下预混火焰稳燃方法的研究[D];浙江大学;2010年
3 徐侃;微小尺度燃烧中淬熄距离和贫燃极限的研究[D];中国科学技术大学;2011年
4 赵柳洁;微细通道内甲烷湿空气低温自热催化重整反应理论分析及实验研究[D];重庆大学;2011年
5 李世武;管网系统热经济决策理论与方法的研究[D];西北工业大学;2002年
6 胡宇群;微型飞行器中的若干动力学问题研究[D];南京航空航天大学;2002年
7 吴双应;对流换热过程的热力学分析及其应用[D];重庆大学;2004年
8 张根烜;基于多孔介质内燃烧的微小型化学推进系统的数值研究[D];中国科学技术大学;2006年
9 张庆武;模块多变量广义预测控制及应用[D];中国科学技术大学;2006年
10 李静;新型异径布管夹持结构换热器的研究与开发[D];郑州大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周翔;微型扑翼飞行器的气动特性及其优化研究[D];南昌航空大学;2010年
2 尹佳;柴油/天然气双燃料发动机性能模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 李航;小型四旋翼飞行器实时控制系统研究[D];大连理工大学;2010年
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5 王丽萍;均压罐在供热工程中的应用及相关数值的计算[D];东北电力大学;2011年
6 付彦海;伊春热电联产项目方案评价研究[D];华北电力大学(北京);2011年
7 豆庆民;狭缝型微型燃烧器的催化燃烧特性研究[D];大连海事大学;2011年
8 陈清;基于RBF-ARX模型的LQR控制器在四旋翼飞行器系统中的应用[D];中南大学;2011年
9 刘志成;基于外加电场液体乙醇微尺度燃烧特性的研究[D];华南理工大学;2011年
10 杨帅;受限空间内微尺度乙醇扩散火焰特性的实验研究与数值解析[D];华南理工大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 康建初,尹宝林,高鹏;支持 MEMS 的 CAD/CAE 系统结构研究[J];北京航空航天大学学报;1998年04期
2 焦国凤,刘辉,杨立英,李成岳;蜂窝体催化燃烧反应器中流动特性的数值模拟[J];北京化工大学学报(自然科学版);2004年02期
3 李军伟;钟北京;王建华;魏志军;王宁飞;;空气槽对微型Swiss-Roll燃烧器工作特性的影响[J];北京理工大学学报;2010年02期
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7 闫云飞;马盟;张力;;环形微细腔内甲烷催化转化效率的数值模拟[J];重庆大学学报;2008年03期
8 闫云飞;张力;冉景煜;;催化壁面对微型燃烧腔内甲烷燃烧影响的数值模拟[J];重庆大学学报;2009年10期
9 钟北京,洪泽恺;甲烷微尺度催化燃烧的数值模拟[J];工程热物理学报;2003年01期
10 潘剑锋,杨文明,李德桃,黄俊;微热光电系统原型的设计制造和测试[J];工程热物理学报;2005年05期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 胡宇群;微型飞行器中的若干动力学问题研究[D];南京航空航天大学;2002年
2 王恩宇;气体燃料在渐变型多孔介质中的预混燃烧机理研究[D];浙江大学;2004年
3 张根烜;基于多孔介质内燃烧的微小型化学推进系统的数值研究[D];中国科学技术大学;2006年
4 贾明;均质压燃(HCCI)发动机着火与燃烧过程的理论与数值研究[D];大连理工大学;2006年
5 张永生;微尺度燃烧及其热电转化基础研究[D];浙江大学;2006年
6 赵平辉;惰性多孔介质内预混燃烧的研究[D];中国科学技术大学;2007年
7 史俊瑞;多孔介质中预混气体超绝热燃烧机理及其火焰特性的研究[D];大连理工大学;2007年
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9 黄豪中;柴油均质压燃(HCCI)发动机燃烧过程数值模拟和实验研究[D];天津大学;2007年
10 闫云飞;微型燃烧器内甲烷催化燃烧特性数值研究及实验[D];重庆大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 孙辉;反射炉燃油雾化燃烧CFD数值模拟研究[D];昆明理工大学;2010年
2 常洪龙;基于“Top-Down”的MEMS集成设计方法及关键技术研究[D];西北工业大学;2002年
3 汪媛;丙烷催化燃烧催化剂的研究和油井套管气红外加热器的研制[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2005年
4 张军海;基于FLUENT的高速机车气动刮雨器数值模拟研究[D];西南交通大学;2010年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 胡建军;徐进良;曹海亮;郝满晋;;超微型涡轮中极低展弦比静叶栅流场特性的数值研究[J];动力工程;2009年07期
2 冉景煜;秦昌雷;吴晟;;壁面参数对甲烷微尺度催化燃烧的影响[J];重庆大学学报;2012年02期
3 李建锋;吕俊复;;涡轮燃烧技术在涡扇航空发动机上的应用分析[J];空气动力学学报;2010年03期
4 胡建军;徐进良;曹海亮;孙喜山;;超微涡轮动叶栅叶顶间隙对流场影响的数值模拟[J];热能动力工程;2010年02期
5 刘培;徐进良;;多孔介质微燃烧器的试验研究[J];燃烧科学与技术;2010年03期
6 曹海亮;张凯;徐进良;魏新利;;多孔介质回热微燃烧器的扩散燃烧[J];燃烧科学与技术;2011年05期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 汪洋;微尺度环境下预混火焰稳燃方法的研究[D];浙江大学;2010年
2 徐侃;微小尺度燃烧中淬熄距离和贫燃极限的研究[D];中国科学技术大学;2011年
3 何贤钊;内置多孔介质Swiss-roll燃烧器的点火启动和热能利用研究[D];中国科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 刘春雷;向心透平气动性能优化及气动设计[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 徐维广;自然堆积多孔介质燃烧及换热实验研究[D];山东建筑大学;2012年
3 张凯;多孔介质回热微小燃烧器燃烧特性研究[D];郑州大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邓军,李德桃,潘剑锋,唐维新,杨文明,薛宏;微型火焰管中燃烧的研究[J];工程热物理学报;2004年03期
2 晓清;美国微型飞行器计划进入飞行试验阶段[J];国际航空;1999年09期
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4 辛健成;喷薄欲出的微型无人机(上)[J];机器人技术与应用;1999年04期
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6 李德桃,邓军,潘剑锋,杨文明,薛宏;微型发动机燃烧室的模拟研究[J];机械工程学报;2002年10期
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵旺初;新型低No_x燃烧器[J];东方电气评论;2002年02期
2 张志远;;内燃火性能特点介绍[J];现代家电;2006年17期
3 徐玉杰;林汝谋;金红光;蔡睿贤;邓世敏;;内外燃煤一体化联合循环发电系统集成与特性[J];工程热物理学报;2007年01期
4 ;富尔顿RB型锅炉技术、特性介绍[J];上海节能;2000年Z5期
5 欧阳奇;温良英;谢志江;张生富;;忽扩燃烧室回流区截面二维温度场数值化研究[J];中国机械工程;2007年07期
6 苏亚欣;汪文辉;赵丹;杨艳超;;射流参数对单烧嘴燃烧室高温空气燃烧特性的影响的数值研究[J];钢铁;2010年07期
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10 崔凝;王兵树;孙志英;邓勇;;燃气轮机燃烧室动态仿真模型研究与应用[J];华北电力大学学报(自然科学版);2007年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 吴洪伟;;天然气计量系统在川气东送管道工程中的应用[A];山东省石油学会油田电力、通信及自动化技术研讨会优秀工程技术论文集[C];2009年
2 马莹莹;杨晓光;;快速公交智能管理系统规划与设计[A];2007第三届中国智能交通年会论文集[C];2007年
3 刘殿春;尚守堂;程明;;中心分级燃烧室燃烧组织和设计思路分析[A];中国航空学会第七届动力年会论文摘要集[C];2010年
4 陈海泉;曲宏飞;;用换向隐函算法模拟燃油辅锅炉炉膛内的流场[A];大连海事大学校庆暨中国高等航海教育90周年论文集(机电分册)[C];1999年
5 沈芳;黄润秋;苗放;;一种面向地质环境专业型的GHGIS系统集成方式[A];2001年中国地球物理学会年刊——中国地球物理学会第十七届年会论文集[C];2001年
6 朱雄军;周小松;黄治坤;;计算机网络系统集成策略与实践[A];2008'中国信息技术与应用学术论坛论文集(二)[C];2008年
7 贾冯睿;田冬青;刘杨;桑暑宁;;高炉热风炉发展综述[A];第七届(2009)中国钢铁年会论文集(上)[C];2009年
8 余有灵;田华;许维胜;张克技;萧蕴诗;吴启迪;;建筑物智能自动化系统[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
9 彭绍文;;改变燃烧室改善130系列柴油机燃烧过程的探讨[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
10 宋新龙;邓学锋;田耀勇;;警用地理信息系统技术探索[A];科技、工程与经济社会协调发展——河南省第四届青年学术年会论文集(上册)[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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3 李传涛王冀;“电信系”资本平台成形[N];通信产业报;2007年
4 本报驻住交会特派记者 吴林;系统集成推动两大商群各就各位[N];中国房地产报;2008年
5 梁亚杰;高级项目经理 系统集成行业的新门槛[N];中国计算机报;2003年
6 陈南辉田耀 杨木山;温福铁路(福建段)“四电”系统集成施工正式启动[N];人民铁道;2008年
7 ;北京系统集成合同范本开始执行[N];人民邮电;2008年
8 张晓红 艾晓宇;北京华天机电公司 首个海外系统集成工程竣工[N];中国航天报;2009年
9 刘富品;汇捷: 百分百向用户靠拢[N];中国计算机报;2003年
10 梁亚杰;5点关注彰显集成之变[N];中国计算机报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曹海亮;微尺度燃烧特性及微能源系统的研制[D];中国科学技术大学;2006年
2 蒋利桥;微尺度火焰及微燃烧器的稳燃强化技术研究[D];中国科学技术大学;2008年
3 宋瑞银;冷热源微小型热电电源的研究[D];浙江大学;2006年
4 张军明;中功率DC/DC变流器模块标准化若干关键问题研究[D];浙江大学;2005年
5 林学东;车用柴油机燃烧系统参数优化及其流动分析[D];吉林大学;2004年
6 伍成波;铝电解槽高温烟气焙烧技术的理论与实践[D];重庆大学;2004年
7 金波;分布式防震减灾信息和辅助决策系统[D];中国地震局工程力学研究所;2005年
8 何旭;基于喷雾撞壁的TR燃烧系统机理研究[D];大连理工大学;2006年
9 石若明;基于GIS的城建档案管理信息系统集成研究[D];中国地质大学(北京);2006年
10 刘宏升;基于多孔介质燃烧技术的超绝热发动机的基础研究[D];大连理工大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王婧;Power MEMS氢气微燃烧过程的数值模拟[D];重庆大学;2007年
2 李静;高温热风炉预热系统设计与研究[D];西安建筑科技大学;2009年
3 李玉兰;微管内燃烧特性分析与数值模拟研究[D];江苏大学;2008年
4 王伟;小型液暖燃油加热器的设计与开发[D];山东大学;2007年
5 王维利;卡鲁金热风炉顶燃烧器数值模拟研究[D];内蒙古科技大学;2009年
6 程烨;燃油暖风机控制系统研究[D];天津工业大学;2008年
7 张丽娟;基于企业信息系统集成的电子商务架构研究[D];昆明理工大学;2002年
8 暴瑛;天彩大厦冷水机组的远程监测及其与CONTINUUM系统集成的研究[D];西安建筑科技大学;2003年
9 褚金华;渐变型多孔介质燃烧器的研究与开发[D];浙江大学;2005年
10 唐亮;SAP接口技术研究与开发[D];同济大学;2006年
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