扩散火焰中碳烟有序度、官能团及氧化活性的演变规律

发布时间：2020-06-05 00:41

【摘要】：目前随着各国汽车保有量的不断增多及化石燃料燃烧,颗粒物排放问题已经引起了全世界人民的重视,近年来国内外学者对于碳烟颗粒的研究已经取得了重大进步。对于柴油机来说,含碳质颗粒物的气固两相燃烧是常见的燃烧现象,但目前针对气固两相燃烧对碳烟颗粒影响的研究仍未见报道。另外柴油机燃烧工况复杂不利于研究单一变量对碳烟颗粒的影响,因此本文建立了实验室正庚烷反置扩散燃烧系统及毛细管取样系统,结合拉曼光谱仪、红外光谱仪和热重分析仪研究了在碳烟颗粒的生长过程中其有序化程度、表面官能团和氧化活性的演变规律,并采用气溶胶发生器,将碳质颗粒物均匀的离散到火焰中,作为对柴油机气固两相燃烧的近似简化,研究了添加碳质颗粒物对碳烟颗粒的上述理化特性的影响。主要研究结果如下:拉曼光谱中A_(D1)/A_G的值随火焰高度的增大而增大,说明随着火焰高度增大,碳烟颗粒的微观结构更有序。相同火焰高度下添加碳质颗粒物的正庚烷扩散火焰中碳烟颗粒A_(D1)/A_G的值比纯正庚烷扩散火焰中的值略大,说明添加碳质颗粒物使火焰中碳烟颗粒微观结构更有序。随着火焰高度增大,二阶拉曼峰变窄,即碳烟颗粒的微观结构变得更有序,与一阶拉曼光谱得到的结果一致。脂肪族碳氢表面官能团和芳香族碳氢表面官能团的相对含量A_(C-H)/A_(C=C)均随火焰高度的增大而减少,羰基表面官能团的相对含量A_(C=O)/A_(C=C)也随火焰高度的增大而减少。相同火焰高度下添加碳质颗粒物的正庚烷扩散火焰中碳烟颗粒的羰基表面官能团的相对含量比纯正庚烷扩散火焰中的更小。随着火焰高度的增大,对应的热重曲线有向右移动的趋势,说明随火焰高度增大,碳烟颗粒更难于发生氧化反应。起始氧化温度T_i、最大氧化速率温度T_(max)、燃尽温度T_h、表观活化能的值E_a基本随火焰高度的增大而增大。相同的火焰高度,添加碳质颗粒物的正庚烷扩散火焰中碳烟颗粒的氧化特征温度和表观活化能偏大,说明添加碳质颗粒物使火焰中碳烟颗粒的氧化活性变差。
【图文】：

很强的吸附能力。成分 SOF 是干碳烟表面吸附和凝聚的复杂有机碳烟颗粒中的 SOF 含量达到了 42%。而 SOF 的碳烟前驱物多环芳香烃 (Polycyclic AromatiPAHs 是含多个苯环的芳香族化合物，主要包，属于持久性的有机污染物和强烈的致癌物。的生成机理生成是从相对简单的碳氢燃料转变成众多碳质成固相物质的过程，涉及复杂的物理和化学反成和增长；(2) 碳烟颗粒的成核；(3) 碳烟颗粒和团聚，如图 1-1 所示。除了以上几个过程，碳化反应，且碳烟的氧化反应贯穿整个燃烧过程，化竞争的结果。

图 1-2 HACA 机理示意图Figure 1-2 HACA mechanism上述的 HACA 机理，目前还有几个其它的机理被提出，包、五元环（环戊二烯基）加成机理[27]、苯基加成机理[28]、甲些机理都从特定的角度解释了 PAH 的生长，，但目前并没有解释 PAH 的生长，关于 PAH 生长的机理仍然在不断的探索粒的成核颗粒的成核是指较大的多环芳香烃分子转变成初生固态碳核过程十分迅速，又受到实验中取样精度和仪器精度的限程的认识还非常不深入，因此一直是碳烟研究中的难点问题碳烟颗粒的成核提出了三种概念模型，如图 1-3 所示。A 路成弯曲的、类富勒烯结构；B 路径为中等大小的 PAH 经过结构；C路径为PAH经过反应或者化学凝并形成十字交叉的 等人经过试验间接证明了碳烟成核主要是通过路径 B 和路径
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U464.134.4;X734.2

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 黄燕;张国勇;刘训臣;齐飞;;中红外激光测量扩散火焰温度场[J];工程热物理学报;2017年07期

2 仇晓龙;张海;吴玉新;于海洋;吕俊复;;反扩散火焰温度场特性的实验研究[J];工程热物理学报;2012年02期

3 郭伯伟;扩散火焰模型[J];工业加热;2003年04期

4 秦俊,廖光煊,王喜世,徐秀梅;细水雾抑制气体扩散火焰的机理研究[J];燃烧科学与技术;2003年05期

5 马捷频,林其勋,杜琴芳,肖宁芳;二维激光多普勒测速仪在扩散火焰测量中的应用[J];航空动力学报;1986年01期

6 华寿清,S.L.Lee;可燃射流在自由空间中的扰动旋流扩散火焰的积分分析[J];动力工程;1988年04期

7 吴武华;金汉锋;曾美容;张晓愿;齐飞;李玉阳;;乙烯同向流扩散火焰的数值模拟和芳烃生成的动力学分析[J];燃烧科学与技术;2015年01期

8 雷淑梅;朱晖朝;陈丽凤;朱红梅;朱斌;匡同春;;硬质合金表面乙醇扩散火焰法沉积碳纳米材料的研究[J];硬质合金;2009年02期

9 王美;;电场作用下乙醇小尺度扩散火焰高度研究[J];应用能源技术;2017年10期

10 江澄;方俊;王静舞;商蕊;;横向风对浮力扩散火焰的振荡影响研究[J];火灾科学;2016年02期

相关会议论文 前7条

1 潘春旭;;扩散火焰合成碳纳米管研究[A];新世纪科技与湖北经济发展——2001首届湖北科技论坛论文集[C];2001年

2 唐井峰;刘鹏;唐顺林;崔涛;鲍文;于达仁;;射流等离子体作用下CH4扩散火焰的分岔特征[A];第四届高超声速科技学术会议会议日程及摘要集[C];2011年

3 洪若瑜;任志强;李洪钟;;扩散火焰燃烧法合成纳米二氧化钛[A];中国颗粒学会2004年年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会会议文集[C];2004年

4 覃建果;魏小林;郭啸峰;李腾;高佳佳;;甲烷高压富氧燃烧层流扩散火焰的数值研究[A];第七届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2012年

5 高佳佳;魏小林;李森;覃建果;;数值模拟在新型微型氢氧扩散火焰燃烧室设计中的应用[A];第七届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2012年

6 马素刚;仲峰泉;张新宇;;氢燃料超声速燃烧火焰辐射与传热特性的大涡模拟研究[A];中国航天第三专业信息网第三十七届技术交流会暨第一届空天动力联合会议论文集[C];2016年

7 张晓峰;于溯源;杨小勇;;甲烷扩散火焰合成炭纳米管及炭纳米管储氢性能实验研究[A];中国颗粒学会超微颗粒专业委员会第四届学术年会暨海峡两岸纳米颗粒学术研讨会论文摘要集[C];2005年

相关重要报纸文章 前2条

1 张巨睿;《科学世界》解读科技奥运[N];中国邮政报;2008年

2 本报记者 宋丽芳 武铠 黄希 通讯员 李国宝;熊熊奥运火 拳拳航天心[N];中国航天报;2007年

相关博士学位论文 前10条

1 柳华蔚;基于高光谱成像技术的扩散火焰温度和颗粒物特性研究[D];清华大学;2017年

2 王静舞;横向风条件下射流扩散火焰形态与燃烧特性研究[D];中国科学技术大学;2017年

3 金汉锋;丁醇掺混的甲烷同轴扩散火焰的实验和动力学研究[D];中国科学技术大学;2015年

4 张哲巅;湿空气扩散火焰的实验和数值研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2006年

5 艾育华;基于辐射成像的扩散火焰温度和烟黑浓度分布研究[D];华中科技大学;2006年

6 张永生;合成气稀释旋流扩散火焰燃烧特性研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2008年

7 张单;微重力层流射流扩散火焰的图像特征与燃烧特性[D];中国科学技术大学;2014年

8 曾怡;低压下射流扩散火焰的燃烧特性与图像特征[D];中国科学技术大学;2013年

9 亢银虎;二甲醚火焰燃烧特性及工程应用的研究[D];重庆大学;2015年

10 严野;射流扩散火焰驻定特性的实验研究[D];中国科学技术大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 李娜;扩散火焰中碳烟有序度、官能团及氧化活性的演变规律[D];天津大学;2018年

2 徐睿;基于光学诊断与图像处理技术的乙醇汽油扩散火焰研究[D];江苏大学;2018年

3 汪烨;横掠风下扩散火焰的燃烧特性研究[D];华南理工大学;2017年

4 王昆;甲醇/空气预混氛围对正庚烷扩散火焰的动力学影响研究[D];重庆理工大学;2018年

5 刘双双;蒸汽稀释天然气扩散火焰燃烧特性研究[D];中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所);2017年

6 冯明辉;细水雾与二维对冲扩散火焰作用规律研究[D];中国科学技术大学;2016年

7 孙磊;富氧层流扩散火焰的结构形状和脉动特性检测研究[D];华中科技大学;2014年

8 吴武华;乙烯和乙烯/乙醇同向流扩散火焰的动力学模型研究[D];中国科学技术大学;2014年

9 李芳;0.6-0.7微米多幅单色图像处理乙烯扩散火焰检测试验研究[D];华中科技大学;2007年

10 杨剑;超细粉体作用下甲烷扩散火焰燃烧及辐射光谱特性研究[D];中国计量学院;2015年

本文编号：2697226