CN109163326B - 一种可控制火焰位置的微燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可控制火焰位置的微燃烧器，燃烧器内设有燃烧室，所述燃烧室两端分别设为进口和出口，所述燃烧室的两个相对的壁面上均设有一一对应的若干异形槽，两个对应的所述异形槽之间至少放置一个可移动的钝体，所述钝体材质为磁性材料；所述燃烧器外部设有可移动的磁性装置，通过移动磁性装置，使所述钝体在异形槽内移动。所述异形槽呈“E”型或呈“王”字型或呈反“E”型。“E”型或反“E”型的所述异形槽内放置一个钝体，“王”字型的所述异形槽内放置二个钝体。本发明可以提高混合气在通道内的驻留时间，提高燃烧效率，扩大可燃的流速范围。

Description

一种可控制火焰位置的微燃烧器
技术领域
本发明涉及微热光电系统技术领域，特别涉及一种可控制火焰位置的微燃烧器。
背景技术
微动力机电系统是直接在微系统中通过燃烧将氢气或碳氢燃料的化学能转换为热能，然后依靠各种能量转换方式提供动力或产生电能。该类系统的能量密度可达10W/cm3～100W/cm3，比常规电池高出一个数量级，且具有成本低，性能稳定，环境友好等优点。然而随着燃烧室尺度的减小，其比表面积增大，导致散热速率大大提高，使得常规火焰无法稳定，易发生壁面熄火现象；其次，混合气在通道内滞留时间缩短，在小流量情况下，火焰易集中于燃烧器进口处，在大流量情况下，火焰易被吹出；另外，在通道内加入多孔介质或多排钝体时，燃烧室空间缩小，燃烧区域狭长，不利于火焰传播和稳定。
目前，微尺度燃烧技术发展面临的主要问题有以下几点：1、微尺度燃烧与常规尺度燃烧机制的不同及如何拓展燃烧的尺度极限；2、提高微尺度空间内燃烧的稳定性及效率，减少污染物排放；3、解决微小空间内流体的流动、传热与混合问题。目前依据微尺度燃烧原理，通过改变预混燃气的流量、当量比，或重新设计微型通道的形状及内部结构，可以起到改善燃烧条件及提高燃烧效率的作用。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种可控制火焰位置的微燃烧器，可以提高混合气在通道内的驻留时间，提高燃烧效率，扩大可燃的流速范围。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种可控制火焰位置的微燃烧器，燃烧器内设有燃烧室，所述燃烧室两端分别设为进口和出口，所述燃烧室的两个相对的壁面上均设有一一对应的若干异形槽，两个对应的所述异形槽之间至少放置一个可移动的钝体，所述钝体材质为磁性材料；所述燃烧器外部设有可移动的磁性装置，通过移动磁性装置，使所述钝体在异形槽内移动。
进一步，所述异形槽呈“E”型或呈“王”字型或呈反“E”型。
进一步，“E”型或反“E”型的所述异形槽内放置一个钝体，“王”字型的所述异形槽内放置二个钝体。
进一步，所述钝体为矩形。
进一步，所述壁面至少设有2排所述异形槽，每排至少3个所述异形槽，每排所述异形槽内的钝体位于同一直线上。
进一步，所述壁面设有2排所述异形槽，每排有3个所述异形槽，其中一排所述异形槽靠近进口，另一排所述异形槽靠近出口。
进一步，靠近进口的3个所述异形槽呈“E”型或呈反“E”型；靠近出口的3个所述异形槽分别为第一异形槽、第二异形槽和第三异形槽；所述第二异形槽位于燃烧室中间，第一异形槽和第三异形槽位于所述第二异形槽两侧，所述第一异形槽和第三异形槽呈“E”型或呈反“E”型，所述第二异形槽呈“王”字型。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的可控制火焰位置的微燃烧器，在微型燃烧器的壁面中加入双排钝体后，可以提高混合气在通道内的驻留时间，提高燃烧效率，扩大可燃的流速范围。
2.本发明所述的可控制火焰位置的微燃烧器，前排钝体受热后，可以预热来流混合气，提高燃烧效率和燃烧稳定性。
3.本发明所述的可控制火焰位置的微燃烧器，加入钝体后，钝体向壁面的热传导提升了通道内的热量向壁面的传导速度。
4.本发明所述的可控制火焰位置的微燃烧器，火焰稳定于两排钝体之间，在高流速情况下，不易被吹出；移动钝体可以实时控制火焰在燃烧室的位置；上下壁面异形槽可以破坏边界层，增加气流扰动，提高燃烧效率。
附图说明
图1为本发明所述可控制火焰位置的微燃烧器主视图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为图1的B-B剖视图。
图4为本发明所述可控制火焰位置的微燃烧器内的流场图。
图5为现有技术的微燃烧器内的流场图。
图6为本发明所述可控制火焰位置的微燃烧器内的温度分布图。
图7为现有技术的微燃烧器内的温度分布图。
图8为本发明实施例一的OH自由基质量分数分布图。
图9为本发明实施例二的OH自由基质量分数分布图。
图10为现有技术的微燃烧器内的OH自由基质量分数分布图。
图中：
1-进口；2-壁面；3-燃烧室；4-异形槽；5-钝体；6-出口。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1-图3所示，本发明所述的可控制火焰位置的微燃烧器，燃烧器内设有燃烧室3，图中燃烧室3上下左右四个壁面的材料采用耐高温性能较强的碳化硅材料，所述燃烧室3两端分别设为进口1和出口6，所述燃烧室3的上下两个壁面2上均设有一一对应的若干异形槽4，两个对应的所述异形槽4之间至少放置一个可移动的钝体5，钝体5的高度略小于两异形槽4之间的深度与通道高度之和，以方便钝体5在异形槽4之间移动。所述钝体5材质为磁性材料；所述燃烧器外部设有可移动的磁性装置，通过移动磁性装置，使所述钝体5在异形槽4内移动。所述钝体5为矩形，矩形钝体5和异形槽4之间的摩擦力会大一点，便于固定，如果是圆柱体的钝体5很难固定在一个位置。外部磁场仅在移动钝体时使用，不参与固定钝体。
图2所示，所述异形槽4呈“E”型或呈“王”字型或呈反“E”型；E”型或反“E”型的所述异形槽4内放置一个钝体5，“王”字型的所述异形槽4内放置二个钝体5。所述钝体5的长度与“E”型或呈反“E”型的异形槽4的横线一致，也可以是所述钝体5的长度为呈“王”字型的异形槽4的横线长度的一半；呈“王”字型的所述异形槽4的竖线宽度与钝体5宽度一致，“E”型或呈反“E”型的异形槽4的竖线宽度与钝体5宽度一致，这样所述钝体5可以在异形槽4上下移动。
所述壁面2至少设有2排所述异形槽4，每排至少3个所述异形槽4，每排所述异形槽4内的钝体5位于同一直线上。图2所示，所述壁面2设有2排所述异形槽4，每排有3个所述异形槽4，其中一排所述异形槽4靠近进口1，另一排所述异形槽4靠近出口6。靠近进口1的3个所述异形槽4呈“E”型或呈反“E”型；靠近出口6的3个所述异形槽4分别为第一异形槽、第二异形槽和第三异形槽；所述第二异形槽位于燃烧室3中间，第一异形槽和第三异形槽位于所述第二异形槽两侧，所述第一异形槽和第三异形槽呈“E”型或呈反“E”型，所述第二异形槽呈“王”字型。
如图4和5所示，燃料气体通过进口1进入燃烧室3，气体流至靠近进口1的钝体5时，高温的钝体可以预热燃料气体，提高未燃气体温度有利于火焰稳定和提高燃烧效率；气体流过钝体5后，钝体5对气体流动产生扰动，在钝体后侧及异形槽4内产生湍流和旋涡。相比现有技术燃烧器中的层流，旋涡可以延长燃料的驻留时间，并促进热量向未燃燃料气体传递，提高燃烧效率，从而得到更高的燃烧温度，如图6和图7所示，本发明所述的可控制火焰位置的微燃烧器内的最高温度比现有技术燃烧器的提高了50K。如图8、图9和图10所示，通过过去的文献可知，OH自由基通常被用来表征火焰前锋的位置。在现有技术燃烧器中，OH自由基收到高速气流的作用，被拉伸的较高。在本发明中，当高速气流在经过第二排钝体5时，由于钝体5的阻碍，可以进一步延长燃料及自由基在两排钝体5之间的停留时间，使火焰稳定于两排钝体5之间。火焰通过外部的微型磁铁在燃烧器壁面2外吸引钝体5，并控制钝体5在异形槽4内移动，得到不同间距的钝体组合，控制火焰的位置。如图8和图9两图可以看出，随着前排钝体向进口方向移动，OH自由基的起始位置向进口方向移动，分布的长度增大。燃料气体在燃烧室3内燃烧完毕后由出口6排出。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种可控制火焰位置的微燃烧器，燃烧器内设有燃烧室（3），所述燃烧室（3）两端分别设为进口（1）和出口（6），其特征在于，所述燃烧室（3）的两个相对的壁面（2）设有2排异形槽（4），每排有3个所述异形槽（4），其中一排所述异形槽（4）靠近进口（1），另一排所述异形槽（4）靠近出口（6）；
靠近进口（1）的3个所述异形槽（4）呈“E”型或呈反“E”型；靠近出口（6）的3个所述异形槽（4）分别为第一异形槽、第二异形槽和第三异形槽；所述第二异形槽位于燃烧室（3）中间，第一异形槽和第三异形槽位于所述第二异形槽两侧，所述第一异形槽和第三异形槽呈“E”型或呈反“E”型，所述第二异形槽呈“王”字型；
“E”型或反“E”型的所述异形槽（4）内放置一个钝体（5），“王”字型的所述异形槽（4）内放置二个钝体（5）；所述钝体（5）材质为磁性材料；所述钝体（5）为矩形；每排所述异形槽（4）内的钝体（5）位于同一直线上；所述燃烧器外部设有可移动的磁性装置，通过移动磁性装置，使所述钝体（5）在异形槽（4）内移动。
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