随着微加工技术的不断进步,微型机电系统的开发得到了持续的突破。目前大多数微型设备仍由传统化学电池进行驱动,但其较低的能量密度和不能长时间供电的缺陷,也逐渐成为该类系统进一步发展的瓶颈。近年来,得益于功率密度高、供电时间长以及体积小等优点,一些基于碳氢燃料燃烧的微型动力系统倍受研究人员的青睐。这些装置在MEMS动力问题的解决上被寄予了厚望,且其潜在应用场合也已向便携式电子器件、无线通讯设备、无人飞行器等领域迅速拓展。作为微型动力系统最重要的部件,微型燃烧器设计的好坏对燃烧过程的稳定性和系统的功率输出有着很大的影响。微尺度燃烧不仅存在驻留时间短、热损失较大等问题,燃料选择面窄、适应性差的缺陷也比较突出。为此,本文采用平板式微型燃烧器,对三种常见气体燃料进行了对比分析,针对碳氢燃料稳燃流速范围窄的问题,提出了一款新型燃烧器的设计思路,并对微尺度条件下掺混燃烧方式的实施效果进行了探讨。所取得的研究结论如下:(1)得益于氢气的易燃性,其火焰较为靠前,且位置比较固定。而甲烷和丙烷工况的火焰位置将随着进气流量的增长向出口方向移动,从而造成稳燃流速范围过窄的问题。甲烷/空气和丙烷/空气的可燃通道高度分别为2.5mm和2mm,而氢气/空气可以在1mm的通道内实现燃烧。在相同化学能输入下,甲烷和丙烷工况下燃烧器外壁面的平均温度明显高于氢气工况,且壁面温度分布均匀性更好。(2)针对甲烷和丙烷稳燃流速范围窄的问题,设计了内置十字隔板的平板式微型燃烧器。该种设计方法不仅可以起到固定火焰位置增大稳燃流速范围的作用,燃烧器外壁面的平均温度还能较直通道燃烧器提高90K以上。实验和数值模拟的研究结果表明,当十字隔板长度为10mm时,燃烧器的工作效果最佳。(3)在甲烷、丙烷中添加少量氢气后,OH等重要自由基的生成过程将得到促进,从而可起到改善火焰稳定性的作用,且掺氢比越大,混合燃料的稳燃流速范围提升幅度越明显,在掺氢比20%的情况下,甲烷、丙烷的稳燃流速上限均可达到1.4m/s左右。氢气的掺入还实现了碳氢燃料在更小通道内的燃烧,但实际的工作效果跟掺氢量有关。此外,在较高流速下,掺氢措施的采用也一定程度上带来了燃料化学能利用程度的提高。