中文摘要：

针对微燃烧器中遇到的稳定运行参数范围窄、点火参数难以控制、高温运行散热损失大、系统总效率偏低等问题，本项目利用我们发明的逆流换热燃烧器结构上的特点，在燃料预热通道内同时实现催化重整反应器的功能，重整反应器产生的氢气又有利于燃烧器的低温启动和燃烧的稳定性，实现低温稳定运行。本项目围绕逆流换热燃烧器，主要研究微通道催化重整反应机理，确定运行工况条件对重整产物成分的影响；研究燃料重整合成气与空气预混气的催化点火过程和催化燃烧过程，确定点火机理和燃烧机理，以及含氢气流实现催化自燃的条件和低温燃烧的工况范围。在此基础上，研究逆流换热燃烧器的整体燃烧性能，确定重整反应器与燃烧器性能参数匹配的优化运行参数，保证逆流换热燃烧器在尽可能低的温度下实现稳定可靠运行，扩展微动力系统中微燃烧器的工作参数范围。这样既可以大大减小设备尺寸，又能提高能源的利用率，推动微动力系统的实用化。

结论摘要：

为了解决微尺度燃烧中可燃范围窄、难以点火、高温运行热损失大、系统效率低等问题，本项目利用催化重整气中的氢气来拓宽燃料的可燃范围、实现室温着火，改善了微燃烧器的性能。本项目实验研究了氢气对正丁烷/空气混合气的辅助催化点火过程的影响，尤其是重点研究了不同氢气百分比下正丁烷/空气混合气的氢气辅助催化着火特性，并结合实验结果初步讨论了氢气在正丁烷/空气混合物的辅助催化着火过程中的作用。实验研究了添加氢气后正丁烷/空气混合气在Swiss-roll燃烧器内的燃烧特性。在实验中测量了燃烧稳定状态下燃烧器的最高温度，以及尾气中的主要成分。结果表明，氢气能够大大拓宽碳氢燃料的可燃范围，特别是可燃下限能够拓宽到贫燃区域。构建了H2以及C1-C4燃料在Pt催化表面的化学反应机理，并通过大量的实验数据验证了此机理的合理性。该机理可以用来描述了氢气、乙烷、丙烷、正丁烷，及其氢气辅助催化着火过程和部分氧化过程，并可用于分析正丁烷/空气混合物氢气辅助催化着火过程中氢气的热作用与化学作用。对重整气（H2和CO）在Swiss-roll燃烧器内催化燃烧进行了数值模拟，研究了氢气和一氧化碳对甲烷微尺度燃烧的影响。结果表明，在无法稳定燃烧的低当量比甲烷/空气混合物中，添加氢气能够实现稳定燃烧，而且，氢气优先于甲烷完全反应，CO优先于甲烷发生反应，甲烷只有部分发生反应。有散热的微小尺度Swiss-roll燃烧器内，主要发生壁面催化燃烧反应，气相燃烧难以发生。