论文部分内容阅读
微动力机电系统能够为微型机械提供长寿命、大能量密度的能源或动力,是动力装置发展的第四个里程碑,因而成为各个国家科研竞争的焦点之一。由于碳氢燃料的高能量密度和微加工技术的进步,应用微燃烧技术的微动力系统被提出并得到快速发展。微热光电系统是其中的一种,它具有结构简单、无运动部件、加工方便和操作可靠等优点。
为了便于微热光电系统模块化,提高系统的能量密度,本文在圆柱型微燃烧室的基础上设计加工了微平行板燃烧室,并进行了甲烷和氢气两种燃料的微燃烧试验,获得了不同流量下的燃烧室壁面温度,验证了两种燃料微尺度燃烧的可行性;随后制作出光电池回路,进行了微热光电系统整体试验,获得了各种条件下的开路电压和短路电流,计算出了功率密度和整体效率。模块式微热光电系统若干试验研究取得的学术意义和实用价值如下:
(1)燃料/氧气的总流量相同时,甲烷燃烧室的壁面平均温度更高,但氢气的燃烧室壁面温度更加均匀,梯度更小。
(2)氢气比甲烷有更宽的可燃范围,本实验中甲烷/氧气在总流量为700mL/min时燃烧不能进行,而氢气能够正常燃烧。
(3)气体流量增加,燃烧室壁面温度升高,光电池的输出电量升高;相比圆形喷嘴,使用矩形喷嘴能改善预混合气在燃烧室内的分布,提高燃烧驻留时间,使燃烧更充分,增大光电池的电能输出。
(4)相同体积流量下,高热值的甲烷燃料比氢气燃料更能提高微热光电系统的性能。
(5)试验条件下较好的性能输出数据如下:当采用矩形喷嘴和甲烷燃料时,最大输出功率为0.319W,相应的能量密度达到166146W/m3;两种燃料最大整体效率都是在流量600mL/min,且采用氢气燃料整体效率比甲烷的高,其最大效率为0.249%。