随着经济社会的进步,微机电系统的发展方兴未艾,对能量供应系统的也提出了更高的要求。微尺度燃烧器使用燃料作为储能介质,能量密度大,相比于锂离子电池要高出23个数量级,非常具有发展潜力。但目前微尺度燃烧尚未成熟,总的来看,微尺度燃烧主要面临的问题有:1、由于大面容比造成的热量损失;2、时间尺度的约束;3、过于狭小的通道造成的火焰不稳定。本文采用实验手段、化学反应动力学分析以及计算流体力学方法,对微尺度燃烧器进行了研究。全文主要包括四个方面的工作:实验研究、本文所使用的仿真计算方法、化学反应动力学研究、燃烧与流动特性研究。本文构建了回热式液体燃料微尺度燃烧实验系统。对比了未使用多孔介质（多孔介质）的微尺度燃烧器与使用了多孔介质的燃烧器工作性能上的差别;测得了不同燃烧器的工作边界与燃烧器中的温度分布;计算了不同燃烧器的散热状况与热量传递状况;分析了燃烧器效率的变化。研究表明,在未使用多孔介质的燃烧器中,燃烧具有很明显的振荡特性,而加入多孔介质后燃烧器的工作稳定性大为提高。回热器的使用有助于将火焰稳定在内管中,并扩展燃烧器的燃烧边界。使用双层真空管回热器较单层管回热器能够在提高燃烧器内部的温度同时削弱燃烧器的热量损失。通常情况下,无回热器的燃烧器效率较低;双层管燃烧器的燃烧效率变化较为平缓,而单层管燃烧器效率变化较为剧烈。利用仿真手段能够对实验无法测得的参数进行研究。在实验研究的基础上,本文利用详细化学反应机理,得到了火焰附近一维的火焰结构;对化学反应进行敏感性分析,筛选出对燃烧性能影响较大的几个化学反应并对其进行了分析;通过改变直管表面与空气之间的对流换热系数,得到了不同散热条件下燃烧器的工作特性,如温度分布、燃烧效率、反应路径等。结果表明:正庚烷在进入预热区之前便已消耗。在反应过程中,基元反应H+O2=O+OH对燃烧的影响最大。在火焰之前气体吸收的热量相对于工况而言变化较小。直管外表面对流换热系数的增加使得气体温度逐渐降低最终趋向熄灭,路径分析表明,此时呈现低温燃烧状况,大量燃料并未转化为CO等最终产物而是生成了过氧化物。在较低的压强下,主要参与反应的物质为碳氢化合物;而在较高的压强下,燃烧更多地受到氢氧反应的影响。本文利用计算流体力学方法,针对回热式液体燃料微尺度燃烧器的流动与燃烧特性进行了研究。首先分析了离散相的燃料液滴在燃烧器中的燃烧状况,得到了离散相在多孔介质中的变化情况,主要参与反应的物质的变化情况,各个截面上的温度分布以及燃烧器中的气体流动状态,分析了燃烧器结构对于气体能量损失的影响。之后利用骨架反应机理分析了正庚烷在微尺度燃烧器中的化学反应,得到了燃烧器中的火焰形态与二维的火焰结构,对燃料与空气之间的掺混状况进行了分析,得到了主要中间产物以及组分的变化并据此分析了燃烧效率,分析了燃烧器中热量传递状况以及不同散热条件下的工作状态与火焰形态,讨论了燃料注入条件对于燃烧状态的影响。结果表明,当火焰位于内管中,距离管口较近时,燃烧器的预热效果相对较差。以离散相形式注入到多孔介质中的燃料液滴在多孔介质中即已蒸发完成。液滴的蒸发吸收热量,使得多孔介质轴线区域温度较低。在入口条件固定的情况下,内管径的增加使得燃烧器有较为严重的热量损失;回热器直径的增加同样会加剧能量的损失,但不及内管径的影响之大。在反应区域靠近固体壁面时（内管壁面与回热器壁面）,受到壁面的影响导致中间产物质量分数急剧下降,气体温度也由于固体壁面的传热作用而显著降低。在当量比较小时,较大的速度梯度有助于燃料与空气的掺混,火焰位于多孔介质表面时,燃料呈边掺混边燃烧的状态。在当量比较小时,火焰拉伸率变化较为剧烈,而在当量比较大时,火焰拉伸率变化随着当量比的增加逐渐变得平缓。随着当量比的增加,燃烧器的回热量逐渐降低。对流换热系数的增加削弱了回热区中的气体对于未燃气体的预热作用,同时在一定程度上能够提高微尺度燃烧器的燃烧效率。燃料的注入点向上游移动,能够改善燃料/空气的掺混效果。