项目名称: 微动力系统加氢辅助催化压燃及能量转换过程的研究

项目编号: No.51506048

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 能源与动力工程

项目作者: 陈俊杰

作者单位: 河南理工大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 针对制约微动力系统燃烧稳定性、燃烧效率和能量密度提升的技术瓶颈,提出以自由活塞式微动力系统为研究对象,在均质压燃的基础上,采用加氢辅助着火和蓄热催化双重作用的强化燃烧方式,扩展微燃烧的可燃界限,突破微尺度和能量转换效率对燃烧限制的关键问题,有效提高微动力系统的燃烧稳定性、燃烧效率和能量密度。通过理论分析、数值计算和实验研究,建立微动力系统蓄热催化与加氢辅助均质压燃和能量转换模型,揭示微尺度催化燃烧机理和催化壁面附近微火焰的自由基淬熄机理,确定微燃烧的限制因素与着火界限,探索加氢对碳氢燃料催化着火热作用和化学作用的动力学机理,分析压力对燃烧特性和提升能量密度的作用规律及影响机制,探讨加氢、催化、蓄热、散热、泄漏与高频自由活塞的交互作用对燃烧特性和能量转换过程的影响;获得微动力系统的动力特性和能量转化规律,确定最佳强化稳定燃烧策略,为提高微动力系统的运行可靠性和能量密度提供理论基础和技术支撑。

中文关键词: 微尺度燃烧;加氢辅助着火;催化燃烧;微动力系统;能量转换

英文摘要: In view of the combustion stability and efficiency, and energy density of micro-scale power system were restricted, the hydrogen assisted and regenerative catalytic combustion method of the free piston micro-scale power system was proposed based on Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI). Micro-combustion limits can be extended by the aforementioned combustion method. The combustion limit bottleneck of the micro-scale and the energy conversion efficiency can be broken through also. The combustion stability and efficiency, energy density of micro-scale power system can be improved significantly. Based on theoretical, numerical and experimental investigations, the hydrogen assisted and regenerative catalytic combustion model based on HCCI, and energy conversion model are established. The catalytic combustion mechanism at micro-scales and radical quenching mechanism of micro-flame on catalytic wall can be revealed. The limiting factor and combustion limits at micro-scales will be determined. The kinetic mechanism based on thermal and chemical effects of hydrogen assisted catalytic ignition are analyzed. The effects of pressure on combustion characteristics and improvement of the energy density are discussed. The effects of hydrogen assisted ignition, catalysis, thermal reservasion, heat loss, leakage, and high frequency free piston on the combustion characteristics and the energy conversion process are investigated. The dynamic characteristics and the energy conversion of micro-scale power system are acquired. The intensive and stable micro-combustion best strategy will be determined. Some theoretical basis and technical evidences are provided for improving the operational reliability and the energy density of micro-scale power system.

英文关键词: micro-combustion;hydrogen assisted ignition;catalytic combustion;micro-scale power system;energy conversion

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