Микро-горение - Micro-combustion

Микро-горение это последовательность экзотермический химическая реакция между топливом и окислитель сопровождается выделением тепла и преобразованием химических веществ в микро уровень. Выделение тепла может привести к появлению света в виде свечения или свечения. пламя. Представляющие интерес виды топлива часто включают органические соединения (особенно углеводороды ) в газовой, жидкой или твердой фазе. Основная проблема микровгорения - высокая отношение поверхности к объему. Поскольку отношение поверхности к объему увеличивается высокая температура потеря стен камера сгорания увеличивается, что приводит к пламя закалка.

Разработка миниатюрных продуктов, таких как микророботы, ноутбуки, микро-летательные аппараты и другие маломасштабные устройства становятся все более важными в нашей повседневной жизни. Растет интерес к развитию малых камеры сгорания для питания этих микроустройств из-за присущих им преимуществ более высокой плотность энергии, более высокая температура и коэффициенты массопереноса и короче перезарядка раз по сравнению с электрохимические батареи.[1][2] Плотность энергии углеводородного топлива в 20-50 раз выше, чем у наиболее совершенных электрохимических батарей на основе концепции Li-ion. Концепция микротеплового двигателя была предложена Эпштейном и Сентурией в 1997 году.[3] С тех пор была проделана значительная работа по разработке и применению таких небольших устройств для выработки энергии за счет сжигания углеводородного топлива. Микрокамеры сгорания являются привлекательной альтернативой батареи так как они имеют большое отношение площади поверхности к объему, из-за чего через стены передается значительное количество тепла, что приводит к возникновению пламени. закалка.[4] Однако повышенная скорость теплопередачи через твердые стенки является преимуществом в случае паровых риформеров, используемых для водород производство.[5]

B. Khandelwal et al. экспериментально изучили пламя пределы устойчивости и другие характеристики двухступенчатой ​​микрокамеры сгорания.[6] Они обнаружили, что ступенчатая камера сгорания приводит к более высоким пределам устойчивости пламени, кроме того, они также предлагают более высокие температурные профили, которые могут быть полезны при использовании тепла, выделяемого при сгорании. Maruta et al. экспериментально изучили характеристики распространения пламени предварительно смешанных метан воздуха смеси в прямом диаметре 2,0 мм кварц канал с положительным градиентом температуры стенки вдоль направления потока.[7] Это была простая одномерная конфигурация для изучения пламя стабилизационные характеристики в микроканалах. Другие исследователи изучали поведение стабилизации пламени и горение производительность в рулет с вареньем камера сгорания[8] микрогазотурбинные двигатели,[9] микротермо-фотоэлектрическая система,[10] свободный поршневой двигатель,[11] микротрубная камера сгорания,[12] камеры сгорания с радиальным каналом,[13] и в различных других типах микрокамер сгорания.[14][15]

Рекомендации

  1. ^ Kuo, C.H .; Ронни, П. (Январь 2007 г.). «Численное моделирование онадиабатических камер сгорания с рециркуляцией тепла». Труды Института горения. 32 (2): 3277–3284. Дои:10.1016 / j.proci.2006.08.082.
  2. ^ Ким, Нам Ир; Като, Соичиро; Катаока, Такуя; Ёкомори, Такеши; Маруяма, Сигенао; Фухимори, Тоширо; Марута, Каору (май 2005 г.). «Стабилизация пламени и выброс малых камер сгорания в качестве нагревателей». Горение и пламя. 141 (3): 229–240. Дои:10.1016 / j.combustflame.2005.01.006.
  3. ^ Эпштейн, A.H .; Сентурия, С. (23 мая 1997 г.). «Макроэнергия от микромашин». Наука. 276 (5316): 1211. Дои:10.1126 / science.276.5316.1211. S2CID  110839795.
  4. ^ Фернандес-Пелло, А. Карлос (2002). «Микроэнергетика с использованием сжигания: проблемы и подходы» (PDF). Труды Института горения. 29 (1): 883–899. Дои:10.1016 / S1540-7489 (02) 80113-4.
  5. ^ Паттекар, А.В .; Котар, М.В. (Февраль 2004 г.). «Микрореактор для производства водорода в микротопливных элементах». Журнал микроэлектромеханических систем. 13 (1): 7–18. Дои:10.1109 / JMEMS.2004.823224. S2CID  19243473.
  6. ^ Ханделвал, Бхупендра; Сахота, Гур Партап Сингх; Кумар, Сударшан (27 августа 2010 г.). «Исследования пределов устойчивости пламени в микромасштабной камере сгорания с обратным шагом с предварительно смешанными метановоздушными смесями». Журнал микромеханики и микротехники. 20 (9): 095030. Дои:10.1088/0960-1317/20/9/095030.
  7. ^ Марута, К .; Катаока, Т .; Kim, N.I .; Минаев, С .; Фурсенко, Р. (январь 2005 г.). «Характеристики горения в узком канале с температурным градиентом». Труды Института горения. 30 (2): 2429–2436. Дои:10.1016 / j.proci.2004.08.245.
  8. ^ Вайнберг, Феликс (сентябрь 2004 г.). «Оптимизация систем сгорания с рециркуляцией тепла для термоэлектрических преобразователей». Горение и пламя. 138 (4): 401–403. Дои:10.1016 / j.combustflame.2004.06.007.
  9. ^ Ши, Синь-И; Хуан, Йен-Чин (июнь 2009 г.). «Тепловой расчет и анализ модели гидрораспределителя для инновационной микрогазовой турбины». Прикладная теплотехника. 29 (8–9): 1493–1499. Дои:10.1016 / j.applthermaleng.2008.06.029.
  10. ^ Yang, W.M .; Chou, S.K .; Shu, C .; Xue, H .; Lil, Z.W. (17 марта 2004 г.). «Разработка прототипа микротермофотоэлектрического генератора». Журнал физики D: Прикладная физика. 37 (7): 1017–1020. Дои:10.1088/0022-3727/37/7/011.
  11. ^ Aichlmayr, H.T .; Kittelson, D.B .; Захария, М.Р. (ноябрь 2003 г.). «Горение Micro-HCCI: экспериментальная характеристика и разработка детальной химической кинетической модели с сопряженным движением поршня». Горение и пламя. 135 (3): 227–248. Дои:10.1016 / S0010-2180 (03) 00161-5.
  12. ^ Ли, Цзюньвэй; Чжун, Пекин (май 2008 г.). «Экспериментальное исследование тепловых потерь и горения в топке с микротрубками метана / кислорода». Прикладная теплотехника. 28 (7): 707–716. Дои:10.1016 / j.applthermaleng.2007.06.001.
  13. ^ Кумар, Сударшан; Марута, Каору; Минаев, С. (3 апреля 2007 г.). «Экспериментальные исследования горения метановоздушных смесей в новой микромасштабной радиальной конфигурации камеры сгорания». Журнал микромеханики и микротехники. 17 (5): 900–908. Дои:10.1088/0960-1317/17/5/008.
  14. ^ Kumar, S .; Минаев, С .; Марута, С. (Январь 2007 г.). «О формировании множественных вращающихся пелтоноподобных структур пламени в радиальных микроканалах с бедными метановоздушными смесями». Труды Института горения. 31 (2): 3261–3268. Дои:10.1016 / j.proci.2006.07.174.
  15. ^ Ханделвал, Бхупендра; Кумар, Сударшан (декабрь 2010 г.). «Экспериментальные исследования поведения стабилизации пламени в расширяющемся микроканале с предварительно перемешанными метановоздушными смесями». Прикладная теплотехника. 30 (17–18): 2718–2723. Дои:10.1016 / j.applthermaleng.2010.07.023.