微尺度燃烧及其热电转化基础研究

随着微机电系统（MEMS）技术的快速发展，微尺度燃烧作为新型能源转换方式，凭借其高能量密度、快速响应等优势，在微型动力装置、便携式电子设备等领域展现出广阔前景。浙江大学张永生博士的研究表明，微尺度燃烧通过优化燃烧器设计与燃料配比，可实现高达18.04%的热电转化效率，为清洁高效能源利用提供了新路径。

技术原理与核心挑战

微尺度燃烧的核心在于克服尺度效应带来的物理限制。与传统燃烧相比，其特点包括：

• 火焰结构变化：火焰厚度显著减小（

  <1mm），燃烧反应区高度集中。<>

• 散热效应增强：单位体积散热比例可达反应放热的1/3，易导致熄火。

• 燃烧稳定性差：氢气流量低于10mL/min时易发生吹熄，需精确控制当量比。

实验数据显示，在T型微细管道中，预混氢气-空气燃烧的最高温度可达800℃，且燃烧效率在完全当量比附近达到峰值（接近100%）。通过引入铂铑热电偶催化，可实现甲烷等烷烃的稳定燃烧，为燃料多样性提供可能。

关键参数优化对比

热电转化技术突破

微尺度燃烧产生的热能通过热电材料（如Bi₂Te₃）直接转化为电能，实验表明：

• 输出性能：最大电压8.688V，功率1367mW，热电转化效率18.04%。

• 优化策略：增加热电转化表面积、采用梯度温度设计可提升效率。

• 应用前景：为微型无人机、卫星推进系统提供可持续能源解决方案。

研究团队通过三维紊流模型模拟发现，预混燃烧方式相比扩散燃烧，表面温差降低40%，温度分布更均匀，显著延长燃烧器寿命。

结语

微尺度燃烧及其热电转化技术通过多学科交叉创新，解决了微型能源系统中的核心难题。未来随着纳米材料与智能调控技术的发展，该领域有望实现更高的能量利用效率与更广泛的应用场景，为碳中和目标下的微型动力革命注入新动能。