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文檔簡介
1、碳煙顆粒是碳?xì)淙剂显诓煌耆紵^程的主要固態(tài)產(chǎn)物,對(duì)燃燒設(shè)備、氣候環(huán)境及人體健康有著不同程度的危害;然而碳煙顆粒自身特有的光學(xué)輻射特性及材質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)有著積極作用。為對(duì)碳煙顆粒的有效控制與利用,研究者們需要深入研究不同含碳煙火焰的燃燒過程與現(xiàn)象。本文從碳煙檢測技術(shù)著手,最終選擇接觸式測量中的熱電偶顆粒密度法(TPD)及熱泳力探針取樣法(TSPD)為主要的實(shí)驗(yàn)方法,以實(shí)驗(yàn)室中的甲烷/氧氣預(yù)混火焰為研究對(duì)象,針對(duì)不同火焰工況、不同火焰空
2、間位置處進(jìn)行火焰溫度測量與碳煙顆粒體積分?jǐn)?shù)的計(jì)算;同時(shí)觀察并處理透射電子顯微鏡(TEM)采集的二維圖像,量化各工況下的碳煙的微觀結(jié)構(gòu)及形貌特征。
本研究主要內(nèi)容包括:⑴建立了以McKenna燃燒器為主的燃燒系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)燃燒工況的可控及火焰高度的可控;建立TPD系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)火焰溫度數(shù)據(jù)的穩(wěn)定采集及記錄,同時(shí)可利用其溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行火焰溫度修正及碳煙體積分?jǐn)?shù)計(jì)算;建立TSPD系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)含碳煙火焰的定時(shí)、定位取樣功能,且對(duì)于取樣的空間位置
3、及取樣時(shí)間靈活可調(diào);⑵TPD系統(tǒng)中,根據(jù)熱電偶在預(yù)混反饋可將火焰分為無碳煙區(qū)域與含碳煙區(qū)域;TPD技術(shù)能夠在含碳煙大部分區(qū)域進(jìn)行碳煙濃度檢測,并在全域內(nèi)進(jìn)行反饋溫度信息;在含碳煙區(qū)域內(nèi),熱電偶溫度變化曲線在結(jié)束傳統(tǒng)的三個(gè)階段(“溫度響應(yīng)階段”、“變發(fā)射率階段”及“變直徑階段”)之后,存在全新的“直徑穩(wěn)定階段”;⑶對(duì)比LE測量結(jié)果,在碳煙初生區(qū)域(HAB=3~7mm)內(nèi)TPD測量僮會(huì)由于“直徑穩(wěn)定階段”導(dǎo)致測量誤差加劇;在高于碳煙初生區(qū)域
4、(HAB>7mm)后,TPD測量值與LE值吻合較好;C/O比與出口流速共同影響著影響“直徑穩(wěn)定階段”的出現(xiàn)時(shí)間,在碳煙初生區(qū)域內(nèi),“直徑穩(wěn)定階段”的出現(xiàn)時(shí)間主要由C/O比主導(dǎo);⑷TSPD法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在燃燒過程初期,基本碳煙顆粒的表面增長速率大于其氧化速率,基本碳煙顆粒粒徑由20nm(HAB=10mm)增長至29nm(HAB=25mm);隨著燃燒過程的進(jìn)行,其表面增長速率與氧化速率差異縮小,平均顆粒粒徑增長率由28.83%降至5.6
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