基于熱泳取樣的乙烯-富氧擴(kuò)散火焰中碳黑生成及形貌檢測.pdf

1、碳黑生成及排放是化石燃料燃燒的基本特征,它會降低燃燒效率、影響火焰輻射傳熱、危害環(huán)境及人類健康。富氧燃燒由于具有提高燃燒效率、實現(xiàn)二氧化碳分離及減排NOx等優(yōu)點而受到越來越多研究者的關(guān)注,不過目前對富氧燃燒過程中碳黑的生成情況的研究還非常少。富氧燃燒中氧氣及二氧化碳濃度的變化會使火焰中碳黑生成具有不同特征,明確這些特征對于認(rèn)識富氧條件下碳黑生成基本規(guī)律及發(fā)展富氧燃燒技術(shù)有重要意義。本文以富氧(O2+N2,O2+CO2)/乙烯同向流動層流

2、擴(kuò)散火焰為實驗對象,以熱泳取樣及透射電鏡分析法(TSPD-TEM)為手段對富氧條件下的碳黑生成進(jìn)行了實驗研究和分析。
　　本文首先對熱泳取樣及透射電鏡分析法進(jìn)行了研究,包括實驗方法和實驗數(shù)據(jù)處理兩大部分。前者以獲得碳黑TEM圖像為目的,介紹方法原理、實驗系統(tǒng)及實驗裝置等。后者基于熱泳機(jī)理,結(jié)合圖像處理及統(tǒng)計分析,從碳黑TEM圖中獲得碳黑定量信息。TSPD-TEM屬于接觸式測量方法,可實現(xiàn)火焰中碳黑形貌結(jié)構(gòu)、主顆粒尺寸、分形維數(shù)及局

3、部碳黑體積分?jǐn)?shù)的同步測量。
　　然后用TSPD-TEM方法獲得不同富氧工況下火焰中心線上不同高度位置的碳黑形貌及相關(guān)參數(shù),再基于這些信息分析富氧/乙烯層流擴(kuò)散火焰氧化劑側(cè)加氧濃度及二氧化碳濃度變化對碳黑行為的影響。結(jié)果表明:隨氧氣濃度增加火焰底部的TEM圖像中碳黑顆粒更為密集,主顆粒直徑及碳黑體積分?jǐn)?shù)增大,表明加氧后,在火焰底部碳黑初始生成及生長增強(qiáng);在火焰頂部,碳黑主顆粒尺寸和碳黑體積分?jǐn)?shù)急劇下降,表明加氧還會加速碳黑氧化過程。