甲烷/空气扩散火焰中碳烟颗粒的三维形貌演变

采用热泳取样技术获取了甲烷/空气扩散火焰中不同高度的碳烟颗粒,并通过原子力显微镜研究了碳烟颗粒的三维形貌随火焰高度变化的演变规律.研究所选高度下碳烟微粒的三维形貌反映出了碳烟微粒在扩散火焰中形成的各个过程,即成核、表面生长、团聚和氧化.当火焰高度HAB从30,mm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HAB〉45,nm时,单碳烟粒子平均粒径逐渐降低;单碳烟粒子的球度比主要分布在0.01-0.30之间,表明这些碳烟粒子的碳化程度较低,呈类液态;球度比随着颗粒体积当量直径的增加而增加,且随着HAB的增加球度比随体积当量直径的增加速率变快,说明单碳烟粒子碳化程度与颗粒大小和火焰高度相关.

甲烷/空气扩散火焰中碳烟表面官能团的演变及其对碳烟氧化活性的影响

基于甲烷/空气扩散火焰燃烧系统(初始温度25,℃,甲烷/空气流速比2∶1)及毛细管取样技术,结合傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)和热重分析仪(TGA),研究不同火焰高度碳烟颗粒表面官能团及其氧化活性,并分析了表面官能团对氧化活性的影响.结果表明:随着火焰高度的增加,碳烟颗粒表面脂肪族C—H官能团和含氧官能团(C—OH和C=O)的含量呈先升高后降低的趋势,而其氧化特性温度参数和表观活化能则呈先降低后升高的趋势;碳烟颗粒表面官能团对其氧化活性有着直接的影响,表面官能团含量越多,其氧化活性也就越高;碳烟颗粒表面的脂肪族C—H官能团含量对其氧化活性的影响起着更为主要的作用,而含氧官能团含量则起着相对次要的作用.

甲烷/空气湍流射流扩散火焰的化学动力学模拟

利用几率密度函数方法求解标量场及用统计矩方法求解流场相结合的手段,对甲烷/空气湍流射流扩散火焰结构进行了计算模拟,其中,考虑了从简化到详细的三种不同规模的甲烷氧化反应动力学机理.计算结果与已有的实验结果进行了比较和分析,表明该模型可以很好地预测流场变化.在预测主要组分和温度时,三种机理具有相同的效果,在预测小浓度组分时,详细机理具有更好的效果.此外,简化机理能够极大地缩短计算时间,因而在工程应用中有着巨大的潜力.