碳氢化合物燃料的高能量密度为开发基于燃烧的微型发电系统创造了很好的机会,便携式动力装置、微型卫星推进器、微化学反应器和传感器的不断增长的需求也极大地促进了微型能源系统的发展。如今,这些便携式设备严重依赖电池,每年可以创造大约370亿美元的电池市场。随着便携式设备(如手机,笔记本电脑和个人电源)的快速增长,市场对小型发电机的需求将继续增长。不幸的是,现有电池的能量密度非常低。即使是最先进的锂离子电池也只有约0.20 kW·h/kg的能量密度。这种低能量密度只能支持笔记本电脑和摄像机几个小时。此外,电池需要几个小时才能蓄电完毕,并且只能进行有限数量的可充电循环,而且当前应用的电池处理方式会引起各种环境问题。体积足够小、耐用、高效、重量轻的可立即充电的电源的缺乏极大地限制了微机械和化学系统在各种应用中的发展。为此,本文以国家留学基金项目—微尺度多孔介质稳定燃烧机理及其应用研究为依托,采用数值仿真与实验验证相结合的方法,对喷管射流型微燃烧器燃烧特性的影响规律进行深入研究和分析。论文的主要研究工作如下:(1)选用微喷管非预混的微燃烧器结构,建立了该微燃烧器的物理模型、数学模型,通过在不同物理条件下对微燃烧器进行数值模拟,得到了氢气和空气的入口速度、入口温度和对流传热系数等物理边界条件对燃烧室内燃烧特性的影响规律。(2)利用场协同理论对微燃烧器内燃烧区域进行了场协同分析,得到了速度矢量场与温度梯度场间的协同性随氢气与空气气体的进气速度、入口温度和对流传热系数等物理边界条件变化的规律。(3)基于场协同分析所得到的最优物理参数,对比研究了场协同优化与非场协同优化的微喷管燃烧器中的氢气稳燃效果,结果表明,场协同优化的微燃烧器具有更好的稳燃效果。