預(yù)混火焰碳煙顆粒的形貌結(jié)構(gòu)特征及團聚力的研究.pdf

1、碳煙生成機理是燃燒科學(xué)研究領(lǐng)域的重要課題之一,而實驗室預(yù)混火焰可為碳煙生成機理的研究提供良好的平臺。本文在建立的實驗室預(yù)混火焰燃燒分析系統(tǒng)平臺上,研究了預(yù)混CH4/O2/N2火焰中碳煙顆粒生成歷程、形貌結(jié)構(gòu)演變及團聚動力學(xué)。論文的主要研究工作和結(jié)論如下:
　　1.搭建了平面預(yù)混火焰燃燒分析系統(tǒng),由McKenna平面預(yù)混燃燒系統(tǒng)、火焰溫度測量系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)以及熱泳探針取樣診斷系統(tǒng)(TSPD)等組成。該燃燒系統(tǒng)可以獲得穩(wěn)定的預(yù)混層

2、流火焰,可精確控制混合氣的燃空當量比和最高火焰溫度。此外,TSPD取樣系統(tǒng)可以對不同火焰高度的碳煙顆粒進行取樣,以便對碳煙顆粒形成歷程進行研究。
　　2.利用TSPD取樣系統(tǒng)、燃燒分析系統(tǒng)以及透射電鏡(TEM)和原子力顯微鏡(AFM)研究了碳煙顆粒的形成歷程。結(jié)果表明:燃燒過程中,碳煙顆粒形貌變化經(jīng)歷三個階段:冷凝態(tài)的碳煙,粒徑約為17 nm;初期碳煙顆粒,粒徑約為8 nm;成熟的碳煙顆粒,粒徑分布介于10~30 nm之間。

3、>　　3.研究并考察了火焰溫度和燃空當量比對碳煙形貌和結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:TEM測得的基本粒子粒徑介于5.7~31.4 nm,主要集中在15~20nm,且呈單峰分布;AFM測得的體積當量球徑介于1.6~32.8nm,碳煙顆粒的縱深比介于0.006~0.48,且隨火焰高度和燃空當量比的變化,體積當量球徑分布由單峰狀變?yōu)殡p峰狀。
　　4.碳煙內(nèi)部絕大多數(shù)微晶的長度、層面間距和曲率分別介于0.41~5.85nm、0.32~0.44nm

4、和1~2,團聚態(tài)碳煙顆粒的分形維數(shù)介于1.57~2.01。隨火焰溫度升高,基本粒子的粒徑減小,微晶的長度增加,曲率和層面間距減小,團聚態(tài)碳煙顆粒的分形維數(shù)也減小;隨燃空當量比的增加,基本粒子的粒徑增加,微晶的長度增加,曲率減小和層面間距減小,團聚態(tài)碳煙顆粒的分形維數(shù)也減小。上述結(jié)果表明隨著火焰溫度和燃空當量比的增加,碳煙的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加有序和組織化,且石墨化程度增加,氧化活性降低。
　　5.分析了碳煙顆粒間的團聚力和團聚模型,并利用