乙烯/甲醇同轴扩散火焰中碳烟颗粒微观和纳观形貌研究
刘浩业
刘庆阳
王天友
天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津 300072
摘要：基于同轴层流扩散火焰实验平台,结合热泳探针取样法与高分辨率透射电镜技术,系统研究了不同甲醇替代率对乙烯/甲醇同轴扩散火焰中碳烟颗粒的微观和纳观形貌的影响.其中,微观形貌主要分析碳烟颗粒物的大小与数量,纳观形貌主要通过分析碳层长度、碳层间距和碳层曲率研究碳烟颗粒物氧化性的变化.结果表明,随着甲醇替代率的提高,在火焰高度为15 mm下采集的颗粒物逐渐从聚集态碳烟颗粒变为孤立的碳烟基本粒子,纯甲醇或高比例甲醇的扩散火焰中几乎不产生碳烟.在微观形貌方面,随着甲醇替代率的增加,层流扩散火焰中产生的颗粒物初级粒子数量、粒径、分形维数呈现逐渐下降的趋势.主要原因是增加甲醇替代率,促进了燃料中的总含氧量增加,使得燃料燃烧更加充分,进而抑制了碳烟前驱物的生成以及碳烟颗粒物的成核过程和生长过程;在纳观形貌方面,纯乙烯工况下碳烟的基本粒子形状近似为球形,结构为壳状结构,由石墨外壳和无定形内核组成;而在甲醇替代率高的工况下,从火焰中取出的碳烟的内部碳层更加松散,弯曲较多.随着甲醇替代率增加,碳烟的碳层长度不断下降、碳层曲率和层间距不断上升,表明碳烟的氧化性增加.本研究为优化燃烧过程、降低碳烟生成提供了参考.
关键词：甲醇碳烟微观形貌纳观形貌扩散火焰燃烧优化
分类号：X505(一般性问题)X701(一般性问题)
资助基金：国家自然科学基金(52406152)
论文发表日期：2025-10-30
在线出版日期：2025-10-20（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 93-104 )
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