微热光电系统的燃烧技术

成果编号：30475

价格：面议

完成单位：江苏大学

单位类别：其他高校

完成时间：2020年

成熟程度：试生产阶段

服务产业领域：其他

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发布人：wyao 离线

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随着科学技术和新材料的快速发展，各种微机电装置层出不穷，并且被广泛应用于航空航天、通信、医疗、地质勘探等多个军事和民用领域。然而，在机电装置的微型化进程中，化学电池(如锂离子电池)作为动力源已无法满足装置长时间运转的需求，且存在污染环境、难以二次利用等难题，大大限制了微型机电装置的进一步发展。基于燃烧的微动力系统的提出，有望为微机电装置的持续运行提供有效动力源。其中，微热光电系统是一种典型的微动力装置，它利用碳氢燃料在微燃烧器内燃烧产生的热能对燃烧室壁面进行加热，高温壁面辐射出的能量足够高的光子撞击低频带隙光电池产生电能。它具有成本低，性能稳定，环境友好、无运动部件、制造装配相对容易等优点，符合微机电装置发展的动力应用要求。因此，微热光电系统的应用前景非常广阔。在基于燃烧的微动力系统的燃烧器中，组织微尺度燃烧是核心工作。本成果将微燃烧器中稳定燃烧、化学反应和传热传质的耦合作用机制作为基础科学问题，用理论分析、实验测试和数值模拟的方法提出了模块式微热光电系统，构建了包含该系统内部能量转化各个环节的性能评估模型，揭示了微通道内的火焰传播规律，获得了微燃烧室内预混合火焰稳定性和燃烧极限等基础数据。在此基础上，成功引入催化燃烧、多孔介质燃烧等技术以提高微燃烧器的燃烧效率，并进一步获得了关键的组织微尺度燃烧技术，实现了微热光电系统稳定输出的目的。目前，微热光电系统的基础样机已经完成试制工作，并且通过有效地组织微尺度燃烧，达到了提高可燃范围、提高燃烧稳定性以及提高燃料燃烧效率的目的。相关组织微尺度燃烧的技术和应用，被汇编入《微尺度燃烧及其应用》的专业性书籍中；同时，该项技术还获得了2019 年度教育部高等学校科学研究成果奖（科学技术）自然奖二等奖1 项。图1 为本成果所研制的微热光电系统基础样机、微燃烧的组织示意过程以及2019年度教育部高等学校科学研究成果奖（科学技术）自然奖二等奖证书。

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成果介绍

科技计划：

成果形式：新技术

合作方式：技术转让

参与活动：

专利情况：未申请专利

成果简介

综合介绍

创新要点

技术指标

产品、性能指标本成果针对组织微尺度燃烧过程，在微燃烧器中引入钝体、催化面、多孔介质等多种强化燃烧手段，最终实现了提高微尺度燃烧效率的目的。例如：在普通微尺度燃烧室的基础上，在燃烧室内壁面加入催化材料铂。使气相反应与表面反应在燃烧室内充分耦合燃烧。微燃烧器具有大的比表面积，有利于表面反应的发生。充分利用表面反应不会出现化学淬熄的特点，同时反应释放的热量大大减少微燃烧室壁面的热淬熄作用。经过试验测试，明确了所设计的微催化燃烧室中氢气和甲烷的燃烧极限，使其燃烧效率达到99.7%。

其他说明

适用范围、市场前景本应用可以连续工作并持续提供能量，具有体积小、污染低、燃烧效率高、可燃范围宽、燃烧易稳定等优点，适用于各种条件下，应用前景广泛。微尺度燃烧作为基础燃烧理论研究领域的一个独特分支，已呈现出与常规尺度燃烧明显不同的特点。该类研究将会进一步地丰富燃烧基础理论以及加速高效微型动力装置开发进程，具有积极的推动作用。本成果可以应用于航空航天飞行器生产单位、步兵装备生产单位、通讯设备、电子设备生产单位，工业部门（例如玻璃厂、制铝厂、炼钢厂和铸造厂等）消耗的能量的余热利用。着力与航空航天飞行器生产单位、步兵装备生产单位、通讯设备、电子设备生产单位，工业部门（例如玻璃厂、制铝厂、炼钢厂和铸造厂等）等单位展开合作，研究成熟的产品并投入生产。投资概算总投资：200-300 万

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