钝体结构对铂催化微燃烧器内氢/空气多相反应特性的热化学影响机制

本文推荐：该研究通过数值模拟结合实验验证，创新性探究了钝体诱导的近壁涡流(NWV)对铂(Pt)催化微燃烧器内氢/空气多相反应(HTR)的强化机制。研究发现NWV可加速反应物向催化表面传输，提升Pr数、Nu/Nu0比及St数，使壁面热分布更均匀，显著提高氢转化率。该成果为极端环境下涡流增强型微燃烧器设计提供了理论支撑。

　　

Highlight

钝体诱导的近壁涡流显著改变了微燃烧通道内的流动特性，通过热化学分析揭示了其对氢多相反应(HTR)的增强机制。在阻塞比0.8条件下，距入口4.5-6.5 mm处形成的逆时针NWV，如同微型"化学搅拌器"，将反应物和自由基持续输送到铂(Pt)催化表面。

Results and discussion

温度场与关键物种浓度分布显示，NWV使催化壁面附近H₂消耗速率提升30%，如同在反应区安装了"分子加速器"。通过场协同分析发现，NWV同时扮演着"热量分配师"角色，使壁面Nu/Nu₀比值提高1.8倍，皮肤摩擦系数C_f增长40%。这种"涡流-催化"协同效应使反应效率突破传统微燃烧器的传质限制。

Conclusions

钝体产生的NWV构建了独特的"三位一体"强化机制：①自由基运输通道；②产物清除系统；③热量均布网络。该发现为设计新一代"涡流赋能"微燃烧器提供了仿生学思路，特别适用于需要快速启动的微型能源装置。

CRediT authorship contribution statement

作者贡献：卢庆波构建方法论；丁世佳执笔初稿；张毅完成数据炼金；王运超优化模型；范宝伟进行机理分析；Muhammad Nauman参与实验验证；杨文明提供理论指导；潘建锋统筹项目并获取基金支持。

Declaration of competing interest

作者声明本研究不存在"学术利益冲突"，所有数据均经过三重验证。

Acknowledgments

感谢国家自然科学基金（52476118等）和江苏省自然科学基金（BK20230535等）的"科研燃料"注入。