Mikrospalování - Micro-combustion

Mikrospalování je posloupnost exotermické chemická reakce mezi palivem a oxidant doprovázeno výrobou tepla a přeměnou chemických látek na mikro úroveň. Uvolňování tepla může mít za následek produkci světla ve formě buď žhavícího, nebo a plamen. Zajímavá paliva často zahrnují organické sloučeniny (zejména uhlovodíky ) v plynné, kapalné nebo pevné fázi. Hlavní problém mikrospalování je vysoký poměr povrchu k objemu. Jako poměr povrchu k objemu zvyšuje teplo ztráta na stěnách spalovací komora zvyšuje, což vede k plamen kalení.

Vývoj miniaturizovaných produktů, jako je mikroroboti, notebooky, mikro-vzdušná vozidla a další malá zařízení jsou v našem každodenním životě stále důležitější. Roste zájem o vývoj v malém měřítku spalovací komory napájet tato mikro zařízení kvůli jejich inherentním výhodám vyšších hustota energie, vyšší teplo a koeficienty přenosu hmoty a kratší dobít časy ve srovnání s elektrochemické baterie.[1][2] Hustota energie uhlovodíkových paliv je 20–50krát vyšší než u nejpokročilejších elektrochemických baterií založených na Li-ion konceptu. Koncept mikrotermálního motoru navrhli Epstein a Senturia v roce 1997.[3] Od té doby bylo vynaloženo značné úsilí na vývoji a používání takových zařízení malého rozsahu pro výrobu energie spalováním uhlovodíkových paliv. Mikrokogenerátory jsou atraktivní alternativou baterie protože mají velký poměr povrchové plochy k objemu, díky čemuž je značné množství tepla přenášeno skrz stěny, což vede k plameni kalení.[4] Zvýšená rychlost přenosu tepla pevnými stěnami je však výhodná v případě použitých parních reformátorů vodík Výroba.[5]

B. Khandelwal a kol. experimentálně studovali plamen meze stability a další vlastnosti ve dvoustupňovém spalovacím zařízení.[6] Zjistili, že stupňovitá spalovací komora vede k vyšším limitům stability plamene, navíc nabízí také profily vyšších teplot, které by byly užitečné při využití tepla produkovaného spalováním. Maruta a kol. experimentálně studovali charakteristiky šíření plamene u předem smíchaných metan vzduch směsi rovně o průměru 2,0 mm křemen kanál s pozitivním teplotním gradientem stěny ve směru toku.[7] Toto byla jednoduchá jednorozměrná konfigurace ke studiu plamen stabilizační charakteristiky v mikrokanálech. Jiní vědci studovali chování stabilizace plamene a spalování výkon v a roláda spalovací komora,[8] motory s mikro-plynovou turbínou,[9] mikro-termo-fotovoltaický systém,[10] motor s volným pístem,[11] spalovač mikro trubek,[12] spalovací komory s radiálním kanálem,[13] a v různých jiných typech mikrospalovače.[14][15]

Reference

  1. ^ Kuo, C.H .; Ronney, P.D. (Leden 2007). "Numerické modelování onadiabatických spalovacích komor s recirkulací tepla". Sborník spalovacího ústavu. 32 (2): 3277–3284. doi:10.1016 / j.proci.2006.08.082.
  2. ^ Kim, Nam Il; Kato, Souichiro; Kataoka, Takuya; Yokomori, Takeshi; Marujama, Shigenao; Fujimori, Toshiro; Maruta, Kaoru (květen 2005). "Stabilizace plamene a emise malých spalovacích spalovacích komor jako ohřívačů". Spalování a plamen. 141 (3): 229–240. doi:10.1016 / j.combustflame.2005.01.006.
  3. ^ Epstein, A.H .; Senturia, S.D. (23. května 1997). Msgstr "Makro výkon z mikroskopů". Věda. 276 (5316): 1211. doi:10.1126 / science.276.5316.1211. S2CID  110839795.
  4. ^ Fernandez-Pello, A. Carlos (2002). „Výroba mikroenergie pomocí spalování: problémy a přístupy“ (PDF). Sborník spalovacího ústavu. 29 (1): 883–899. doi:10.1016 / S1540-7489 (02) 80113-4.
  5. ^ Pattekar, A.V .; Kothare, M.V. (Únor 2004). "Mikroreaktor pro výrobu vodíku v aplikacích s mikro palivovými články". Časopis mikroelektromechanických systémů. 13 (1): 7–18. doi:10.1109 / JMEMS.2004.823224. S2CID  19243473.
  6. ^ Khandelwal, Bhupendra; Sahota, Gur Partap Singh; Kumar, Sudarshan (27. srpna 2010). „Vyšetřování limitů stability plamene ve spalovací komoře pro mikroskopický zpětný krok s předem smíchanou směsí metanu a vzduchu“. Journal of Micromechanics and Microengineering. 20 (9): 095030. doi:10.1088/0960-1317/20/9/095030.
  7. ^ Maruta, K .; Kataoka, T .; Kim, N.I .; Minaev, S .; Fursenko, R. (leden 2005). "Vlastnosti spalování v úzkém kanálu s teplotním gradientem". Sborník spalovacího ústavu. 30 (2): 2429–2436. doi:10.1016 / j.proci.2004.08.245.
  8. ^ Weinberg, Felix (září 2004). "Optimalizace systémů recirkulace tepla pro termoelektrické měniče". Spalování a plamen. 138 (4): 401–403. doi:10.1016 / j.combustflame.2004.06.007.
  9. ^ Shih, Hsin-Yi; Huang, Yen-Chin (červen 2009). „Tepelný design a modelová analýza švýcarského válcového rekuperátoru pro inovativní mikroplynovou turbínu“. Aplikovaná tepelná technika. 29 (8–9): 1493–1499. doi:10.1016 / j.applthermaleng.2008.06.029.
  10. ^ Yang, W.M .; Chou, S.K .; Shu, C .; Xue, H .; Lil, Z.W. (17. března 2004). „Vývoj prototypu generátoru mikrotermofotovoltaické energie“. Journal of Physics D: Applied Physics. 37 (7): 1017–1020. doi:10.1088/0022-3727/37/7/011.
  11. ^ Aichlmayr, H.T .; Kittelson, D.B .; Zachariah, M.R. (listopad 2003). „Spalování Micro-HCCI: experimentální charakterizace a vývoj podrobného chemického kinetického modelu se spojeným pohybem pístu“. Spalování a plamen. 135 (3): 227–248. doi:10.1016 / S0010-2180 (03) 00161-5.
  12. ^ Li, Junwei; Zhong, Peking (květen 2008). „Experimentální zkoumání tepelných ztrát a spalování ve spalovacím zařízení s mikro trubkami metan / kyslík“. Aplikovaná tepelná technika. 28 (7): 707–716. doi:10.1016 / j.applthermaleng.2007.06.001.
  13. ^ Kumar, Sudarshan; Maruta, Kaoru; Minaev, S. (3. dubna 2007). „Experimentální výzkumy chování spalování směsí metanu a vzduchu v nové konfiguraci radiálního spalovacího zařízení v mikro měřítku“. Journal of Micromechanics and Microengineering. 17 (5): 900–908. doi:10.1088/0960-1317/17/5/008.
  14. ^ Kumar, S .; Minaev, S .; Maruta, S.K. (Leden 2007). „O tvorbě více rotujících Peltonových plamenových struktur v radiálních mikrokanálcích s chudými směsmi metanu a vzduchu“. Sborník spalovacího ústavu. 31 (2): 3261–3268. doi:10.1016 / j.proci.2006.07.174.
  15. ^ Khandelwal, Bhupendra; Kumar, Sudarshan (prosinec 2010). "Experimentální výzkumy chování stabilizace plamene v odlišném mikrokanálu s předem smíchanými směsmi metanu a vzduchu". Aplikovaná tepelná technika. 30 (17–18): 2718–2723. doi:10.1016 / j.applthermaleng.2010.07.023.