微尺度燃烧

微尺度燃烧^[1][2][3]是一种新兴的燃烧现象，伴随着微机电系统（MEMS）技术的进步而产生。这种燃烧过程主要发生在非常小的空间范围内，通常在低于1立方厘米的容积内发生。当燃烧器的物理尺寸小于1毫米时，我们称之为微尺度燃烧；而当燃烧器的物理尺寸大于1毫米且处于1厘米级别时，则称为介观尺度燃烧。这一定义在微型内燃机的研发中得到了广泛应用。

微尺度燃烧的概念最早由麻省理工学院（MIT）的Epstein教授于上世纪90年代中期提出，并进行了相关研究。经过近十年的努力，他们成功研制出了一款厚度为3.8毫米、直径为21毫米的圆形涡轮发动机，燃烧室厚度仅为1毫米，通过预混合氢气和空气实现了稳定的点火和燃烧。此后，多个研究机构加入了这一领域的探索，并将之命名为微尺度燃烧（Microcombustion）。微尺度燃烧的主要目的是满足便携式电子设备的长期电力需求，以及国防领域对于微小型高性能动力源和电源的要求，如微型飞行器、微型卫星推进系统、科技作战单兵等。

微尺度燃烧具有低雷诺数、低火焰尺度的特点，其中许多火焰尺度甚至小于熄灭距离。此外，燃料在燃烧室内的停留时间较短，面容比（F/V）较大，粘性力的影响不容忽视。反应区相对于燃烧室的特征尺寸并不像传统燃烧那样极小，因此，对于许多火焰模型中所做出的“薄”假设的有效性，需要通过实验证明。

微尺度燃烧的优势包括高能量密度、小巧体积和快速响应能力，使其成为微型设备的理想能源选择。然而，微尺度燃烧也面临一系列挑战，如相对表面积增大导致散热加剧、保温困难；燃烧容易猝灭；粘性效应显著增强；燃烧驻留时间缩短，即燃烧速度加快；以及当前的微小型精密加工技术难以实现三维结构的加工。为了应对这些挑战，需要深入研究微尺度燃烧的机理，优化燃烧器的设计，以提升燃烧稳定性及传热效率。