甲烷扩散火焰中碳烟颗粒形貌及力学特性的研究

发布时间：2019-11-15 06:52

【摘要】：碳烟颗粒形成机理的研究可为燃烧颗粒物排放控制技术的发展提供理论依据和技术支持,目前已成为相关领域的研究热点。为了研究扩散燃烧过程中碳烟颗粒的生成、演化历程,进一步完善对燃烧颗粒物形成机理的认知,本文基于实验室甲烷/空气扩散火焰热泳探针取样系统,使用原子力显微镜(Atomic force microscopy,AFM)研究了扩散火焰不同取样高度(Height above the burner,HAB)碳烟颗粒的三维形貌及力学特性。论文主要研究内容和结论如下:通过对AFM图像的分析,取样点的碳烟颗粒可反映其在火焰中的形成、演化历程:单颗粒生长、凝并、团聚和氧化。采用原子力显微镜研究了碳烟颗粒三维微观形貌随HAB增加的演变规律,并对其中的单碳烟粒子形貌参数进行了提取分析,研究结果表明:当HAB从30mm增加到45 mm时,单碳烟粒子平均粒径从8.72 nm增加到11.36 nm;当HAB45 mm时,单碳烟粒子平均粒径随HAB的上升而逐渐降低。单碳烟粒子的球度比(Sphericity ratio,SR)主要分布在0.01-0.30之间,表明这些碳烟粒子的碳化程度较低,呈近液态(liquid-like)。SR随着颗粒体积当量直径(Equivalent volume diameter,ED)的增加而增加,且随HAB的增加,SR随ED的增加趋势更明显,说明单碳烟粒子的碳化程度与其大小和取样高度相关。碳烟颗粒圆度和碳烟颗粒紧密度的值分布分别介于0.464-0.484和0.671-0.694之间,并且随HAB的增加,圆度值先增大后减小、紧密度则单调升高,表明碳烟微粒结构随着HAB增加更紧凑。单碳烟粒子与探针间平均吸附力(Average attractive force,AF_(at))分布于2.22nN-2.65 nN之间,且随HAB的增加,AF_(at)逐渐减小。碳烟粒子与探针间范德华力(Van der Waals force,Fvdl)数值介于1.89 nN到2.18 nN之间。不同HAB下,F_(vdl)与AF_(at)的比值处于0.71-0.90之间,说明在干燥环境中范德华力是Fat值的主导因素。单碳烟粒子与探针间平均粘附力(Average adhesive force,AF_(ad))随HAB的增加由12.1 nN逐渐增加到17.3 nN,而AFad值大约是AF_(at)值的5到7倍。单碳烟粒子与探针之间的平均粘附能随HAB的增加而逐渐增加,当HAB=30 mm时,达到最小值1.11×10~(-16)J;在HAB=60 mm时,达到最大值2.11×10~(-16)J。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK16

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 胡刚,杨贵恒,胡定余,张传富;柴油机碳烟形成与控制[J];移动电源与车辆;2002年03期

2 刘金武;龚金科;谭理刚;高为国;倪小丹;钟志华;;直喷柴油机碳烟生成和氧化历程的数值研究[J];内燃机学报;2006年01期

3 马其华;宋建桐;;燃用小比例乙醇柴油对降低柴油机碳烟排放的试验研究[J];交通节能与环保;2007年06期

4 石秀勇;李国祥;周雷;;基于平均反应率的现象学碳烟氧化模型研究及应用[J];内燃机学报;2008年02期

5 鞠洪玲;成晓北;汪方阳;王志;;采用改进碳烟模型的柴油机碳烟颗粒物生成及尺寸分布[J];汽车安全与节能学报;2012年01期

6 刘近平;魏明锐;肖合林;;基于矩方法的碳烟颗粒动力学演化过程[J];内燃机学报;2014年02期

7 赵霏阳;于文斌;裴毅强;苏万华;;柴油机高密度-低温燃烧过程参数对碳烟生成影响的模拟[J];内燃机学报;2014年03期

8 赵霏阳;于文斌;裴毅强;苏万华;;基于碳烟表面活性的多步碳烟生成机理研究柴油机碳烟生成的主要影响因素[J];科学通报;2014年14期

9 舒新前,刘天绩,徐精求,郑宏锋,毕冬冬,李分霞,Brilhak J F,Gilot P;柴油机碳烟低温燃烧(氧化)过程及其动力学参数的研究[J];内燃机学报;2004年01期

10 蒋卫东,沈颖刚,申立中,颜文胜;代用燃料发动机碳烟排放的试验研究[J];山东内燃机;2005年04期

相关会议论文 前10条

1 成晓北;黄荣华;鞠洪玲;王兆文;;发动机碳烟排放的数值模拟及试验研究[A];2007年APC联合学术年会论文集[C];2007年

2 石秀勇;李国祥;周雷;;碳烟氧化模型的研究及在柴油机中的计算应用[A];2007年APC联合学术年会论文集[C];2007年

3 张昭良;李倩;王晓;张业新;辛颖;;负载钾的氧化物催化碳烟燃烧的普适中间物种和机理[A];第七届全国环境化学大会摘要集-S05 大气污染与控制[C];2013年

4 覃建果;魏小林;郭啸峰;李腾;;甲烷/空气高压燃烧层流扩散火焰碳烟形成的数值模拟[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

5 辛颖;杨曦;蒋品;张昭良;;量子点级铈基燃油添加型催化剂去除碳烟颗粒物的研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

6 张晓敏;王仲鹏;李倩;王立国;张昭良;;镧锡烧绿石纳米球催化剂的合成及其催化碳烟颗粒燃烧[A];第七届全国环境化学大会摘要集-S05 大气污染与控制[C];2013年

7 张昭良;于鹏飞;张业新;牟宗刚;倪献智;鲍猛;;碳烟颗粒在NOx存储-还原催化剂上的催化燃烧行为[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年

8 张桂臻;何洪;訾学红;邱文革;戴洪兴;邓积光;;碳烟催化燃烧用三维有序大孔Pd-修饰三元铈锆固溶体[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

9 张桂臻;赵震;刘坚;段爱军;姜桂元;徐俊峰;;大孔钙钛矿型氧化物催化剂制备及其对碳烟燃烧的催化性能[A];第五届全国工业催化技术与应用年会论文集（上册）[C];2008年

10 张昭良;韩栋;辛颖;王仲鹏;;铈铁复合氧化物四效催化剂在碳烟燃烧中的协同效应[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年

相关博士学位论文 前10条

1 郑亮;用激光诱导炽光法研究燃烧过程中的碳烟生成特性[D];清华大学;2014年

2 赵智超;基于试验及数值模拟的柴油和丙酮/丁醇/乙醇碳烟形成机理研究[D];湖南大学;2015年

3 陈男;燃烧过程中碳烟微粒三维形貌及力学特性的研究[D];天津大学;2015年

4 胡超;铁基催化剂的碳烟催化燃烧研究[D];中国科学技术大学;2017年

5 鞠洪玲;柴油机碳烟颗粒生成规律和尺寸分布特性的研究[D];华中科技大学;2011年

6 胡恩柱;生物基燃油碳烟摩擦学特性及摩擦诱导其结构转变机制研究[D];合肥工业大学;2014年

7 陈亮;柴油燃料燃烧碳烟颗粒生成机理与演变规律的试验和数值研究[D];华中科技大学;2013年

8 熊刚;煤和生物质燃烧碳烟生成的实验研究[D];清华大学;2011年

9 王宇;电场作用下火焰中碳烟颗粒的分布与聚积规律[D];清华大学;2009年

10 刘宇;生物柴油燃料喷雾、燃烧及碳烟生成过程可视化研究[D];吉林大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 王思文;甲烷扩散火焰中碳烟颗粒形貌及力学特性的研究[D];天津大学;2016年

2 孔德_g;乙烯层流预混火焰中碳烟颗粒长大规律研究[D];上海交通大学;2015年

3 张斌;生物质燃油碳烟的形态、结构与组分研究[D];合肥工业大学;2015年

4 杨琼琼;负载Co_3O_4-CeO_2的SBA-15整体柱用于催化消除柴油车尾气中碳烟颗粒物[D];湘潭大学;2015年

5 路良泽;负载钴酸镧钙钛矿催化剂的制备及其催化碳烟燃烧的性能[D];天津大学;2014年

6 张晓敏;稀土烧绿石复合氧化物催化去除碳烟颗粒物(PM)的研究[D];济南大学;2015年

7 任佳乐;纳米阵列基氧化物催化剂对碳烟颗粒的催化燃烧性能研究[D];天津大学;2014年

8 陈慧;复合氧化物催化碳烟燃烧和NO_x存储还原的研究[D];济南大学;2015年

9 曹东晓;重型柴油机碳烟捕集及主动再生特性的研究[D];清华大学;2015年

10 赵世峰;直喷汽油机冷启动工况壁面油膜特性及其对碳烟排放的影响研究[D];中北大学;2016年

，

本文编号：2561195