掺氢碳氢燃料扩散火焰碳烟生成的研究
发布时间：2021-04-22 21:56
碳氢燃料因不完全燃烧产生的碳烟颗粒对人体和环境都有巨大危害。碳烟的生成导致热损失增加、燃料燃尽率下降,同时污染大气环境,影响人们身体健康。氢气作为清洁燃料,燃烧产物为水,氢与其他燃料混合燃烧能够有效降低污染物的生成。本文将氢气与甲烷和乙烯等碳氢燃料不同比例混合燃烧作为研究对象,研究氢气对碳烟生成的影响。本文对碳氢燃料燃烧火焰温度进行了测量,采用消光法测量了碳烟的浓度分布,并采用毛细管取样法对火焰不同高度中心位置处的碳烟颗粒进行收集,通过傅里叶红外光谱仪、拉曼分析仪、场发射扫描电镜等设备,对碳烟颗粒沿火焰轴向方向官能团的变化规律和石墨化程度的演变过程进行了研究,分别获得了不同掺氢比例下,甲烷和乙烯火焰中碳烟的生成特性。甲烷火焰掺混氢气后,火焰不同高度中心位置处的温度略有上升,掺氢比为10%、20%和30%时火焰中心温度分别较纯甲烷火焰上升27.08K、25.91K和33.66K;相同掺氢比下,掺氢乙烯火焰分别比纯乙烯火焰升高28.98K、19.12K和4.14K,掺混后的温度增幅没有甲烷明显。未掺混氢气时,乙烯火焰碳烟峰值浓度为6.38ppm,掺氢比为10%、20%和30%时,峰值浓度分...
【文章来源】：安徽工业大学安徽省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 光学测量研究现状
1.2.2 燃料掺混氢气的研究现状
1.2.3 碳烟颗粒表面官能团的研究现状
1.2.4 碳烟颗粒石墨化的研究现状
1.2.5 碳烟颗粒形貌的研究现状
1.3 本文的研究内容
第二章 实验系统及分析方法
2.1 实验系统
2.1.1 燃烧系统
2.1.2 碳烟体积浓度测量系统构成及原理
2.1.3 毛细管碳烟取样系统
2.1.4 火焰温度测量系统
2.2 傅里叶红外光谱分析
2.2.1 傅里叶红外光谱原理及实验设备
2.2.2 傅里叶红外分析方法
2.3 拉曼光谱分析
2.3.1 拉曼光谱仪原理及实验设备
2.3.2 拉曼分析法操作步骤
2.4 场发射扫描电镜分析
2.4.1 场发射扫描电镜原理及设备
2.4.2 场发射扫描电镜样品制备
2.5 本章小结
第三章 掺氢对碳氢燃料扩散火焰温度和碳烟浓度的影响
3.1 实验工况
3.2 掺氢后火焰的形态变化
3.2.1 掺氢后甲烷火焰的形态变化
3.2.2 掺氢后乙烯火焰的形态变化
3.3 火焰温度变化
3.3.1 掺氢后甲烷火焰的温度变化
3.3.2 掺氢后乙烯火焰的温度变化
3.4 乙烯火焰碳烟浓度的研究
3.4.1 实验步骤
3.4.2 准确性和抗噪性验证
3.4.3 碳烟体积浓度分析
3.5 本章小结
第四章 碳烟颗粒表面官能团及石墨化程度研究
4.1 样品制备
4.2 谱线前处理及重复性检验
4.2.1 谱线前处理
4.2.2 红外光谱的重复性检验
4.3 红外光谱的分析内容
4.4 碳烟颗粒表面官能团定性分析
4.5 掺氢比对碳烟颗粒表面官能团的影响
4.5.1 掺氢比对乙烯火焰中官能团含量变化的影响
4.5.2 掺氢比对甲烷火焰中官能团含量变化的影响
4.6 碳烟颗粒石墨化程度分析
4.6.1 拉曼的一致性检验
4.6.2 样品颗粒的拉曼拟合
4.6.3 甲烷和乙烯火焰中碳烟颗粒的石墨化研究
4.7 本章小结
第五章 掺氢对碳烟形貌的影响
5.1 甲烷火焰中碳烟颗粒形貌
5.1.1 纯甲烷火焰中碳烟颗粒形貌
5.1.2 掺氢对甲烷火焰中碳烟颗粒形貌的影响
5.2 掺氢对乙烯火焰中碳烟颗粒形貌的影响
5.3 本章小结
第六章 全文总结与工作展望
6.1 全文总结
6.2 创新点
6.3 工作展望
参考文献
附录 攻读硕士学位期间研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]甲烷/氧气预混火焰中燃空当量比对碳烟微观结构和氧化活性的影响[J]. 李娜,宋崇林,刘野,吕刚. 燃烧科学与技术. 2018(03)
[2]乙醇对丁酸甲酯扩散火焰碳烟颗粒形貌演变及微观结构的影响[J]. 刘春鹏,高展,朱磊,黄震. 内燃机与动力装置. 2018(02)
[3]激光诱导荧光法测量内燃机双燃料燃烧过程中的甲醛和羟基[J]. 唐青龙,耿超,李明坤,刘海峰,尧命发. 物理化学学报. 2015(12)
[4]一种新型非平行光消光法在碳烟测试中的应用[J]. 刘福水,戴钰杰,何旭,高永利,刘凤山,李向荣. 北京理工大学学报. 2014(12)
[5]激光能量密度对激光诱导炽光技术测试碳烟粒径的影响[J]. 高永利,何旭,李红梅,刘凤山,李向荣,刘福水. 红外与激光工程. 2014(08)
[6]基于OpenFOAM的甲烷掺氢燃烧数值模拟研究[J]. 李嘉辰,刘昊,赵光耀,卢海涛,韩雪娇,张红光. 中国现代教育装备. 2014(05)
[7]基于图像处理测量扩散火焰温度和碳黑浓度[J]. 娄春,孙亦鹏,周怀春. 工程热物理学报. 2010(09)
[8]用激光诱导炽光法定量测量火焰中的碳烟浓度[J]. 何旭,马骁,王建昕. 燃烧科学与技术. 2009(04)
[9]光谱消光法测量高压湿蒸汽的研究[J]. 徐峰,蔡小舒,苏明旭,任宽芳,Jean Marc Dorey. 动力工程. 2009(03)
[10]用激光诱导可见光法测量电场影响下火焰碳烟颗粒浓度的分布变化[J]. 王宇,姚强,何旭,马骁,宋蔷,李水清. 中国电机工程学报. 2008(08)
博士论文
[1]不同燃料对柴油机排气颗粒物的影响研究[D]. 郝斌.天津大学 2014
[2]不同特性燃料条件下柴油机缸内微粒纳观结构、表面官能团及氧化活性的研究[D]. 王林.天津大学 2012
[3]柴油机缸内微粒的微观结构、表面官能团及氧化特性研究[D]. 张炜.天津大学 2010
[4]轴对称层流扩散火焰温度和烟黑体积浓度检测方法研究[D]. 卢晶.华中科技大学 2009
[5]电场作用下火焰中碳烟颗粒的分布与聚积规律[D]. 王宇.清华大学 2009
[6]天然气-氢气混合燃料直喷燃烧特性和预混层流火焰研究[D]. 王金华.西安交通大学 2009
硕士论文
[1]激光诱导炽光法的仿真与实验研究[D]. 江宇超.吉林大学 2016
[2]甲烷扩散火焰中碳烟颗粒形貌及力学特性的研究[D]. 王思文.天津大学 2016
[3]生物质燃油碳烟颗粒干摩擦特性研究[D]. 唐卡.合肥工业大学 2015
[4]乙烯层流预混火焰中碳烟颗粒长大规律研究[D]. 孔德彧.上海交通大学 2015
[5]甲烷扩散火焰中碳烟微观结构、表面官能团及氧化性研究[D]. 王明珠.天津大学 2014
[6]预混火焰工况对碳烟表面官能团和氧化特性影响规律研究[D]. 马翔.天津大学 2014
[7]基于火焰图像求取温度场的双色法测温系统设计[D]. 曾志斌.华中科技大学 2013
[8]基于激光诱导炽光法的碳烟测量方法研究[D]. 岳宗宇.天津大学 2012
[9]预混火焰分析系统开发及反应工况对碳烟结构特性的影响[D]. 李政.天津大学 2012
[10]扩散火焰烟黑生成特性研究[D]. 艾力江.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2002
本文编号：3154536
【文章来源】：安徽工业大学安徽省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 光学测量研究现状
1.2.2 燃料掺混氢气的研究现状
1.2.3 碳烟颗粒表面官能团的研究现状
1.2.4 碳烟颗粒石墨化的研究现状
1.2.5 碳烟颗粒形貌的研究现状
1.3 本文的研究内容
第二章 实验系统及分析方法
2.1 实验系统
2.1.1 燃烧系统
2.1.2 碳烟体积浓度测量系统构成及原理
2.1.3 毛细管碳烟取样系统
2.1.4 火焰温度测量系统
2.2 傅里叶红外光谱分析
2.2.1 傅里叶红外光谱原理及实验设备
2.2.2 傅里叶红外分析方法
2.3 拉曼光谱分析
2.3.1 拉曼光谱仪原理及实验设备
2.3.2 拉曼分析法操作步骤
2.4 场发射扫描电镜分析
2.4.1 场发射扫描电镜原理及设备
2.4.2 场发射扫描电镜样品制备
2.5 本章小结
第三章 掺氢对碳氢燃料扩散火焰温度和碳烟浓度的影响
3.1 实验工况
3.2 掺氢后火焰的形态变化
3.2.1 掺氢后甲烷火焰的形态变化
3.2.2 掺氢后乙烯火焰的形态变化
3.3 火焰温度变化
3.3.1 掺氢后甲烷火焰的温度变化
3.3.2 掺氢后乙烯火焰的温度变化
3.4 乙烯火焰碳烟浓度的研究
3.4.1 实验步骤
3.4.2 准确性和抗噪性验证
3.4.3 碳烟体积浓度分析
3.5 本章小结
第四章 碳烟颗粒表面官能团及石墨化程度研究
4.1 样品制备
4.2 谱线前处理及重复性检验
4.2.1 谱线前处理
4.2.2 红外光谱的重复性检验
4.3 红外光谱的分析内容
4.4 碳烟颗粒表面官能团定性分析
4.5 掺氢比对碳烟颗粒表面官能团的影响
4.5.1 掺氢比对乙烯火焰中官能团含量变化的影响
4.5.2 掺氢比对甲烷火焰中官能团含量变化的影响
4.6 碳烟颗粒石墨化程度分析
4.6.1 拉曼的一致性检验
4.6.2 样品颗粒的拉曼拟合
4.6.3 甲烷和乙烯火焰中碳烟颗粒的石墨化研究
4.7 本章小结
第五章 掺氢对碳烟形貌的影响
5.1 甲烷火焰中碳烟颗粒形貌
5.1.1 纯甲烷火焰中碳烟颗粒形貌
5.1.2 掺氢对甲烷火焰中碳烟颗粒形貌的影响
5.2 掺氢对乙烯火焰中碳烟颗粒形貌的影响
5.3 本章小结
第六章 全文总结与工作展望
6.1 全文总结
6.2 创新点
6.3 工作展望
参考文献
附录 攻读硕士学位期间研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]甲烷/氧气预混火焰中燃空当量比对碳烟微观结构和氧化活性的影响[J]. 李娜,宋崇林,刘野,吕刚. 燃烧科学与技术. 2018(03)
[2]乙醇对丁酸甲酯扩散火焰碳烟颗粒形貌演变及微观结构的影响[J]. 刘春鹏,高展,朱磊,黄震. 内燃机与动力装置. 2018(02)
[3]激光诱导荧光法测量内燃机双燃料燃烧过程中的甲醛和羟基[J]. 唐青龙,耿超,李明坤,刘海峰,尧命发. 物理化学学报. 2015(12)
[4]一种新型非平行光消光法在碳烟测试中的应用[J]. 刘福水,戴钰杰,何旭,高永利,刘凤山,李向荣. 北京理工大学学报. 2014(12)
[5]激光能量密度对激光诱导炽光技术测试碳烟粒径的影响[J]. 高永利,何旭,李红梅,刘凤山,李向荣,刘福水. 红外与激光工程. 2014(08)
[6]基于OpenFOAM的甲烷掺氢燃烧数值模拟研究[J]. 李嘉辰,刘昊,赵光耀,卢海涛,韩雪娇,张红光. 中国现代教育装备. 2014(05)
[7]基于图像处理测量扩散火焰温度和碳黑浓度[J]. 娄春,孙亦鹏,周怀春. 工程热物理学报. 2010(09)
[8]用激光诱导炽光法定量测量火焰中的碳烟浓度[J]. 何旭,马骁,王建昕. 燃烧科学与技术. 2009(04)
[9]光谱消光法测量高压湿蒸汽的研究[J]. 徐峰,蔡小舒,苏明旭,任宽芳,Jean Marc Dorey. 动力工程. 2009(03)
[10]用激光诱导可见光法测量电场影响下火焰碳烟颗粒浓度的分布变化[J]. 王宇,姚强,何旭,马骁,宋蔷,李水清. 中国电机工程学报. 2008(08)
博士论文
[1]不同燃料对柴油机排气颗粒物的影响研究[D]. 郝斌.天津大学 2014
[2]不同特性燃料条件下柴油机缸内微粒纳观结构、表面官能团及氧化活性的研究[D]. 王林.天津大学 2012
[3]柴油机缸内微粒的微观结构、表面官能团及氧化特性研究[D]. 张炜.天津大学 2010
[4]轴对称层流扩散火焰温度和烟黑体积浓度检测方法研究[D]. 卢晶.华中科技大学 2009
[5]电场作用下火焰中碳烟颗粒的分布与聚积规律[D]. 王宇.清华大学 2009
[6]天然气-氢气混合燃料直喷燃烧特性和预混层流火焰研究[D]. 王金华.西安交通大学 2009
硕士论文
[1]激光诱导炽光法的仿真与实验研究[D]. 江宇超.吉林大学 2016
[2]甲烷扩散火焰中碳烟颗粒形貌及力学特性的研究[D]. 王思文.天津大学 2016
[3]生物质燃油碳烟颗粒干摩擦特性研究[D]. 唐卡.合肥工业大学 2015
[4]乙烯层流预混火焰中碳烟颗粒长大规律研究[D]. 孔德彧.上海交通大学 2015
[5]甲烷扩散火焰中碳烟微观结构、表面官能团及氧化性研究[D]. 王明珠.天津大学 2014
[6]预混火焰工况对碳烟表面官能团和氧化特性影响规律研究[D]. 马翔.天津大学 2014
[7]基于火焰图像求取温度场的双色法测温系统设计[D]. 曾志斌.华中科技大学 2013
[8]基于激光诱导炽光法的碳烟测量方法研究[D]. 岳宗宇.天津大学 2012
[9]预混火焰分析系统开发及反应工况对碳烟结构特性的影响[D]. 李政.天津大学 2012
[10]扩散火焰烟黑生成特性研究[D]. 艾力江.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2002
本文编号：3154536
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