미세 결합

Micro-combustion

마이크로 연소는 마이크로 레벨에서 열 생산과 화학 종의 변환에 수반되는 연료와 산화제 사이의 발열 화학 반응의 순서다. 열의 방출은 빛을 발광하거나 불꽃의 형태로 만들어 낼 수 있다. 관심 연료는 가스, 액체 또는 고체상에서의 유기 화합물(특히 탄화수소)을 포함한다. 미세 결합의 주요 문제는 높은 표면 대 부피 비율이다. 표면 대 부피 비율이 높아지면 가연성 벽면에서의 열 손실이 증가하여 불꽃이 가라앉는다.

마이크로로봇, 노트북 컴퓨터, 초소형 자동차, 기타 소형 장치의 개발은 우리의 일상 생활에서 점점 더 중요해지고 있다. 전기화학 배터리에 비해 에너지 밀도가 높고, 열과 질량 전달 계수가 높고, 충전 시간이 짧다는 고유의 장점 때문에 이러한 마이크로 장치에 동력을 공급하기 위한 소형 가연제 개발에 대한 관심이 높아지고 있다.[1][2] 탄화수소 연료의 에너지 밀도는 최첨단 Li-ion 개념 기반 전기화학 배터리보다 20~50배 높다. 마이크로 열 엔진의 개념은 1997년 엡스타인과 센투리아에 의해 제안되었다.[3] 그 이후로 탄화수소 연료의 연소를 통해 동력을 발생시키기 위한 그러한 소형 장치의 개발과 적용을 위해 상당한 양의 작업이 이루어졌다. 마이크로 연성기는 표면적 대 부피 비율이 크기 때문에 상당한 양의 열이 벽을 통해 전달되어 불꽃이 꺼지는 매력적인 대체 배터리다.[4] 다만 고체벽을 통한 열전달 증가율은 수소 생산에 사용되는 증기개혁기의 경우 유리하다.[5]

B. 칸델왈 외 2단계의 미세 연소기에서 불꽃 안정성 한계 및 기타 특성을 실험적으로 연구하였다.[6] 그들은 계단식 가연체가 더 높은 화염 안정성 한계로 이어진다는 것과 더불어 연소 시 발생하는 열을 활용하는 데 도움이 되는 더 높은 온도 프로필을 제공한다는 것을 알아냈다. 마루타 외 흐름 방향을 따라 양의 벽 온도 구배를 갖는 직경 2.0mm의 직선 쿼츠 채널에서 미리 혼합된 메탄 혼합물의 불꽃 확산 특성을 실험적으로 연구했다.[7] 이것은 마이크로 채널의 불꽃 안정화 특성을 연구하기 위한 단순한 1차원 구성이었다. 다른 연구자들은 스위스 롤 연소기,[8] 마이크로 가스 터빈 엔진,[9] 마이크로 테르모-포토볼타계 시스템,[10] 프리 피스톤 노크 엔진,[11] 마이크로 튜브 연소기,[12] 방사형 채널 연소기 [13]및 기타 다양한 유형의 마이크로-컴퓨터에서의 불꽃 안정화 거동과 연소 성능을 연구해왔다.[14][15]

참조

  1. ^ Kuo, C.H.; Ronney, P.D. (January 2007). "Numerical modeling of on-adiabatic heat-recirculating combustors". Proceedings of the Combustion Institute. 32 (2): 3277–3284. doi:10.1016/j.proci.2006.08.082.
  2. ^ Kim, Nam Il; Kato, Souichiro; Kataoka, Takuya; Yokomori, Takeshi; Maruyama, Shigenao; Fujimori, Toshiro; Maruta, Kaoru (May 2005). "Flame stabilization and emission of small swiss-roll combustors as heaters". Combustion and Flame. 141 (3): 229–240. doi:10.1016/j.combustflame.2005.01.006.
  3. ^ Epstein, A.H.; Senturia, S.D. (May 23, 1997). "Macro power from micro machinery". Science. 276 (5316): 1211. doi:10.1126/science.276.5316.1211. S2CID 110839795.
  4. ^ Fernandez-Pello, A. Carlos (2002). "Micro-power generation using combustion: issues and approaches" (PDF). Proceedings of the Combustion Institute. 29 (1): 883–899. doi:10.1016/S1540-7489(02)80113-4.
  5. ^ Pattekar, A.V.; Kothare, M.V. (February 2004). "A microreactor for hydrogen production in micro fuel cell applications". Journal of Microelectromechanical Systems. 13 (1): 7–18. doi:10.1109/JMEMS.2004.823224. S2CID 19243473.
  6. ^ Khandelwal, Bhupendra; Sahota, Gur Partap Singh; Kumar, Sudarshan (August 27, 2010). "Investigations into the flame stability limits in a backward step micro scale combustor with premixed methane–air mixtures". Journal of Micromechanics and Microengineering. 20 (9): 095030. doi:10.1088/0960-1317/20/9/095030.
  7. ^ Maruta, K.; Kataoka, T.; Kim, N.I.; Minaev, S.; Fursenko, R. (January 2005). "Characteristics of combustion in a narrow channel with a temperature gradient". Proceedings of the Combustion Institute. 30 (2): 2429–2436. doi:10.1016/j.proci.2004.08.245.
  8. ^ Weinberg, Felix (September 2004). "Optimizing heat recirculating combustion systems for thermoelectric converters". Combustion and Flame. 138 (4): 401–403. doi:10.1016/j.combustflame.2004.06.007.
  9. ^ Shih, Hsin-Yi; Huang, Yen-Chin (June 2009). "Thermal design and model analysis of the swiss-roll recuperator for an innovative micro gas turbine". Applied Thermal Engineering. 29 (8–9): 1493–1499. doi:10.1016/j.applthermaleng.2008.06.029.
  10. ^ Yang, W.M.; Chou, S.K.; Shu, C.; Xue, H.; Lil, Z.W. (March 17, 2004). "Development of a prototype micro-thermophotovoltaic power generator". Journal of Physics D: Applied Physics. 37 (7): 1017–1020. doi:10.1088/0022-3727/37/7/011.
  11. ^ Aichlmayr, H.T.; Kittelson, D.B.; Zachariah, M.R. (November 2003). "Micro-HCCI combustion: experimental characterization and development of a detailed chemical kinetic model with coupled piston motion". Combustion and Flame. 135 (3): 227–248. doi:10.1016/S0010-2180(03)00161-5.
  12. ^ Li, Junwei; Zhong, Beijing (May 2008). "Experimental investigation on heat loss and combustion in methane/oxygen micro-tube combustor". Applied Thermal Engineering. 28 (7): 707–716. doi:10.1016/j.applthermaleng.2007.06.001.
  13. ^ Kumar, Sudarshan; Maruta, Kaoru; Minaev, S. (April 3, 2007). "Experimental investigations on the combustion behavior of methane-air mixtures in a new micro scale radial combustor configuration". Journal of Micromechanics and Microengineering. 17 (5): 900–908. doi:10.1088/0960-1317/17/5/008.
  14. ^ Kumar, S.; Minaev, S.; Maruta, S.K. (January 2007). "On the formation of multiple rotating pelton-like flame structures in radial microchannels with lean methane-air mixtures". Proceedings of the Combustion Institute. 31 (2): 3261–3268. doi:10.1016/j.proci.2006.07.174.
  15. ^ Khandelwal, Bhupendra; Kumar, Sudarshan (December 2010). "Experimental investigations on flame stabilization behavior in a diverging micro channel with premixed methane-air mixtures". Applied Thermal Engineering. 30 (17–18): 2718–2723. doi:10.1016/j.applthermaleng.2010.07.023.