近年来,微型电子机械系统（MEMS）快速发展,其在光学、生物、汽车、计算机、航空航天、军事等领域已经得到广泛的应用。微型燃烧器作为其中最重要的动力设备,因体积小、面容比大等问题导致燃料燃烧的高效性和稳定性依然不足,围绕高效稳定微燃烧器的开发和应用已成为当前的热点问题。使用碳氢燃料以及催化燃烧的方式是提高燃烧高效性和稳定性的两种有效方式。因为碳氢燃料具有能量密度高,方便补充燃料,能够多次使用等优势,而催化燃烧可以降低反应活化能,避免因火焰产生自由基熄火,也可以利用微燃烧器的较大表面积布置更多的催化剂等。微通道燃烧室的结构也会对燃料的催化燃烧产生重要影响,但目前对于微通道的壁面结构条件对甲烷催化燃烧特性影响的研究不够深入和完善,特别是针对壁面上的粗糙结构对甲烷催化燃烧效率和稳定性影响的研究则更为少见,因此本文开展微细通道壁面粗糙结构对甲烷催化燃烧影响的研究十分必要。本文采用详细的催化燃烧反应机理,将其编制成用户子程序后导入Fluent平台进行数值计算的方法,开展了微细通道壁面粗糙结构对甲烷催化燃烧影响的研究。首先,进行了壁面粗糙与光滑微通道中甲烷燃烧效率以及燃烧稳定性对比,揭示了壁面粗糙微通道的优越性,得到了主要反应参数对甲烷转化率的影响规律以及对壁面粗糙微通道的选择性规律。其次,针对壁面粗糙微通道内甲烷的催化燃烧进行了具体分析,阐明了壁面粗糙微通道内甲烷的催化燃烧特性,明确了壁面粗糙微通道提高甲烷燃烧效率和稳定性的原因。最后,研究了壁面粗糙结构的几何参数对甲烷催化燃烧的影响,获得了不同粗糙结构形式下有利于提高甲烷转化率和燃烧稳定性的粗糙结构条件并分析得到了几何参数的敏感性。获得的主要成果如下:（1）揭示了壁面粗糙微通道的优势性,得到了主要反应参数对甲烷转化率的影响规律以及对壁面粗糙微通道的选择性规律。在不同的反应条件下壁面粗糙微通道内甲烷催化燃烧的转化率均高于光滑微通道,且壁面粗糙微通道内甲烷的吹熄极限更高。提高催化壁面温度、降低燃料的入口速度、提高燃料的入口温度和减小当量比均可以提高甲烷的转化率。催化壁面温度对粗糙微通道的选择性最高,其次是入口温度和当量比,最后是入口速度,因而相比于其他反应参数,适当增大催化壁面温度是提高粗糙微通道内甲烷转化率的最有效方式。对于壁面粗糙微通道的选择性,随着催化壁面温度的增大而先升后降,随入口速度和当量比的增大而逐渐升高,随入口温度的增大而基本不变,因而壁面上粗糙结构的存在可以抑制入口速度或当量比过大的不利影响。（2）阐明了壁面粗糙微通道内甲烷的催化燃烧特性,分析了壁面粗糙微通道提高甲烷转化率和燃烧稳定性的主要原因。在微通道壁面上的粗糙结构附近,自由基、温度、速度、壁面剪切力、甲烷反应速率、主要组分等均呈跳跃式分布。粗糙结构两侧甲烷质量分数大幅降低,温度升高,燃料的流速增大。粗糙微通道出口甲烷的质量分数较低,二氧化碳质量分数较高,温度较高。粗糙结构的存在提供了更多的催化剂布置面,在发生催化燃烧时可以产生更多活化的Rh（s）,增强了壁面附近的反应;粗糙结构两侧的壁面剪切力较小,粗糙结构后部可以产生低速回流区,强化了燃料的扰动混合,延长其在微通道中的停留时间;粗糙结构的存在使得反应气向催化剂的扩散时间缩短,提高了甲烷的反应速率等。增强活化过程、产生低速回流区和提高甲烷的反应速率等因素相互影响并协同作用,是壁面粗糙微通道提高甲烷燃烧效率和稳定性的主要原因。（3）获得了不同粗糙结构形式下有利于提高甲烷燃烧效率和燃烧稳定性的粗糙结构条件,弄清了几何参数对甲烷转化率和吹熄极限的敏感性。适当的增大粗糙结构的高经比、宽长比、增加粗糙结构的数量、粗糙结构的形状为三角形、粗糙结构布置于微通道下游均有利于提高甲烷的催化燃烧效率和吹熄极限。在几何参数的敏感性分析中,粗糙单元的高经比从0.05提高到0.4后,甲烷转化率的平均增加值为15.2%,吹熄极限为18.9 m/s,均优于其他粗糙结构形式,因而增大粗糙结构的高经比是提高甲烷催化燃烧效率和吹熄极限的最有效方式。同时,应该避免粗糙结构高经比过大或粗糙单元数量过多时导致出口回流过大、微通道内温度下降的不利影响,本文中在不进行几何参数相互组合的情况下,粗糙单元的高经比不宜超过0.3,每份微通道中粗糙单元的数量不宜超过4。