甲烷-氧氣預(yù)混火焰溫度及碳煙顆粒特性研究.pdf

1、碳煙顆粒是碳?xì)淙剂显诓煌耆紵^(guò)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(guò)程與現(xiàn)象。本文從碳煙檢測(cè)技術(shù)著手，最終選擇接觸式測(cè)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(cè)量與碳煙顆粒體積分?jǐn)?shù)的計(jì)算;同時(shí)觀(guān)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(guān)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(wú)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(cè)，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(xiàn)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(cè)量結(jié)果，在碳煙初生區(qū)域(HAB=3～7mm)內(nèi)TPD測(cè)量僮會(huì)由于“直徑穩(wěn)定階段”導(dǎo)致測(cè)量誤差加劇;在高于碳煙初生區(qū)域

4、(HAB＞7mm)后，TPD測(cè)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(guò)程初期，基本碳煙顆粒的表面增長(zhǎng)速率大于其氧化速率，基本碳煙顆粒粒徑由20nm(HAB=10mm)增長(zhǎng)至29nm(HAB=25mm);隨著燃燒過(guò)程的進(jìn)行，其表面增長(zhǎng)速率與氧化速率差異縮小，平均顆粒粒徑增長(zhǎng)率由28.83％降至5.6