乙炔/空气层流预混火焰中氢气添加对碳烟颗粒生成的影响

构建一维常压稳态层流预混火焰中碳烟颗粒动力学演化过程的数学模型,采用内插值的矩方法对该数学模型进行数值求解,并与含有碳烟前驱物的化学反应机理进行耦合,基于Fortran语言,建立碳烟生长演化的数值计算模型,在此基础上,分析乙炔/空气层流预混火焰中氢气添加对碳烟颗粒生成的影响。研究结果表明:氢气的添加可以通过改变火焰温度、稀释效应以及化学反应抑制作用来改变碳烟形成过程中的化学反应及颗粒动力学事件,从而减缓火焰中PAHs生长,降低碳烟颗粒的成核率、凝并率和表面生长率,对碳烟颗粒的生长起到了一定抑制作用。     

脉动燃烧抑制乙炔扩散火焰碳烟排放的研究

针对乙炔燃烧高碳烟排放的问题,提出对火焰施加脉动波以抑制碳烟的生成并对抑制效果进行了研究。分析了振幅、频率、喷嘴内径、燃料流量和波形对碳烟抑制效果的影响。结果表明:随着振幅的增大,碳烟生成量明显下降;当施加频率为40 Hz、振幅为0.02 V的脉动波时,碳烟抑制率超过90%;在振幅不变的情况下,碳烟抑制率先随频率的增大而增大,在频率为40 Hz的条件下,抑制率最优,而后随频率的增大开始下降,当频率大于80 Hz时基本上不变;喷嘴内径与碳烟生成量没有明显的相关性;在其他条件不变时,采用相对较小的燃料流量,脉动对碳烟生成的抑制效果更好;在锯齿波、方波、正弦波3种波形中,方波对碳烟生成的抑制效果最好。扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)结果表明,脉动燃烧可以抑制碳烟颗粒的团聚和促进碳烟颗粒的氧化,使其颗粒变小,最终达到抑制碳烟生成的目的。因此,脉动燃烧是一种抑制碳烟生成的有效手段,可为燃烧污染控制提供参考。     

乙烯/空气层流扩散火焰中碳烟对N2O生成的影响

为研究碳氢燃料燃烧温室气体N₂O的排放,以乙烯/空气层流扩散火焰为对象,分析了燃烧过程中碳烟影响N₂O生成的途径和方式．计算结果表明：碳烟可通过热效应和化学效应影响N₂O的生成,且影响效果截然不同．在热效应方面,碳烟的辐射散热损失导致火焰温度降低,可抑制N₂O的分解．在化学效应方面,碳烟的生成消耗了C₂H₂,使得由C₂H₂生成的HCCO摩尔分数降低,受反应HCCO+NO■HCNO+CO的影响,N₂O生成量减少;此外,碳烟的生成同时促进了OH,O和H基的生成,OH基通过消耗NH可抑制N₂O的生成,O基通过反应O+HCCO■H+2CO消耗HCCO,从而抑制N₂O的生成,而H基则通过反应N₂O+H■N₂+OH消耗N₂O.     

JP-10/航空煤油混合燃料层流扩散火焰碳烟生成特性研究

为了研究JP-10掺混对航空煤油层流扩散火焰中碳烟生成的影响,基于激光诱导炽光法（LII）和平面激光诱导荧光法（PLIF）对JP-10掺混航空煤油火焰中LII-碳烟信号和PLIF-多环芳香烃（Polycyclic Aromatic Hydrocarbon,PLIF-PAHs）信号的分布情况进行试验研究. 试验结果表明,随着JP-10掺混比例的增加,LII-碳烟信号与PLIF-PAHs信号的分布范围均增大,信号强度均增强,表明JP-10掺混促进了碳烟及PAHs的生成. 此外,构建了一种适用于研究JP-10/航空煤油中PAHs生成的动力学机理,并基于该机理对PAHs生成进行了化学动力学仿真. 仿真结果表明,JP-10的掺混增加了A1（苯）的主要生成路径,促进了富烯（C₅H₄CH₂）和甲苯（C₆H₅CH₃）的生成从而促进了A1的生成,进而促进了PAHs及碳烟的生成.     

PODE2-4掺混正庚烷/甲苯燃烧碳烟颗粒理化性质影响研究

为研究一种聚甲氧基二甲醚(PODE_2-4)掺混正庚烷/甲苯混合燃料对碳烟颗粒理化性质的影响,搭建了同轴射流反扩散火焰燃烧平台,采用透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱仪(Raman)和热重分析仪(TGA)对颗粒样品进行分析。结果表明：随着PODE_2-4由0掺混至30%,碳粒子直径逐渐向小粒径方向偏移,平均粒径逐渐下降,颗粒内部微晶曲率平均值逐渐增大,微晶长度则呈相反趋势,且减小幅度逐渐增大;一阶拉曼光谱中代表晶格内部缺陷和无序结构的D峰与代表石墨稳定结构的G峰的积分强度之比逐渐增加,石墨化程度降低,无序程度增大;质量损失速率峰值温度、起始氧化温度、燃尽温度和表观活化能均呈下降趋势,颗粒反应活性增强。分析结果表明,PODE_2-4可作为燃料添加剂改变碳烟颗粒微观结构,进而增强其氧化活性,该研究可为实际工程应用中PODE_n与柴油掺混燃烧并促进DPF再生提供一定的理论参考。     

碳烟颗粒在尾气排放与机油吸附中分布关系的试验研究

鉴于机油吸附与尾气排放中碳烟颗粒的动态分布关系尚未得到充分的分析研究,同时为了深入认识机油退化机理,实现在线状态监测;对碳烟颗粒缸内分布和机油吸附特性进行了仿真和试验研究。仿真结果表明,扭矩对碳烟生成量影响显著。结合仿真结果在单缸柴油机台架上对碳烟在机油吸附和尾气排放中的分布情况进行了试验研究。试验结果表明,低扭矩工况下机油吸附碳烟颗粒的速率较为明显;在高扭矩工况下,碳烟主要从尾气中排放,机油吸附碳烟颗粒的速率较低。经计算得出两者间的分布关系,为发动机的使用提供实际指导。     

管排换热器碳烟颗粒沉积分布特性的数值模拟

烟气换热器是内燃机余热回收系统中重要的组成部分,而内燃机排气中的碳烟颗粒会沉积在烟气换热器表面,形成的沉积层具有很低的导热系数,这种沉积现象会降低换热器传热效率,增加系统的运行成本和维护费用,同时给换热器设计带来较大的不确定性.目前针对内燃机排气碳烟颗粒沉积相关的研究大多关注于颗粒在换热器上的沉积总量变化,对于碳烟颗粒...     

一氧化碳掺混对甲烷火焰碳烟生成特性的影响

文章采用化学动力学模型模拟了甲烷对冲火焰中掺CO对碳烟生成的影响,在数值模拟中引入假想一氧化碳(fiction CO,FCO)得到了将稀释效应区分后CO的化学效应。计算结果表明:在甲烷燃料中掺CO和FCO都会由于稀释效应导致碳烟生成量单调减少。但是,与掺FCO的工况对比发现,CO对碳烟生成的化学效应通过抑制反应C_2H_2+O=CH_2+CO正向发生减少C_2H_2的消耗,进而促进碳烟表面质量生长,最终促进碳烟生成。在氧化剂中掺CO会导致碳烟生成量出现先增加后减少的非单调变化。掺少量CO会促进反应CO+OH=CO_2+H正向进行增加H摩尔分数,进而促进燃料裂解最终促进碳烟生成;但是掺过量CO时,CO很快就会在氧化剂端喷嘴处反应,反而会使碳烟区域的H摩尔分数降低,从而降低碳烟表面生长速率。此外,CO会生成大量CO_2抑制碳烟生成。     

O2对乙烯扩散火焰在轴线上碳烟生成的影响

为探究乙烯扩散火焰在轴线上的碳烟生成特性,在一台层流同轴扩散火焰装置上,将氧气浓度(体积分数)控制为21%,24%,26%,28%和31%,使用碳烟颗粒采样装置对乙烯扩散火焰中不同轴向位置的碳烟进行采样．利用高分辨率透射电子显微镜对不同氧气浓度的碳烟颗粒样本进行观察和分析,结果表明：在相同的氧气浓度下,随火焰高度的增加,火焰轴线位置处的基本碳粒子平均粒径呈现先增大后减小的趋势,分形维数增加,团聚体从条状和链状向团状和簇状发展;在同一火焰高度,随着氧气浓度增大,基本碳粒子平均粒径减小,团聚体的分形维数变大,生成更多致密的网状团聚体,微晶的平均碳层间距和扭曲度都有所增加,碳层从平行排列变成弯曲排列．     

基于二维激光诱导炽光法的棉籽油扩散火焰碳烟生成特性

搭建了一套二维激光诱导炽光测试系统,获得乙烯扩散火焰的碳烟体积分数,并将其与单点标定激光诱导炽光法和消光法得到的测试结果比对,验证了该测试系统的有效性.在一台液体燃烧器上,应用二维激光诱导炽光法研究棉籽油掺混比对柴油层流扩散火焰碳烟生成的影响.结果表明:随掺混比的增加,最大碳烟体积分数以及碳烟总量呈现降低趋势.在轴心方向上随火焰高度的增加,碳烟体积分数逐渐增加,在中部达到最大值,随火焰高度的进一步增加,碳烟体积分数开始降低.径向上的碳烟浓度峰值随火焰高度的上升由火焰外侧向火焰中心移动,且峰值先增加后降低.      

柴油机排气管内碳烟颗粒形貌变化过程分析

采集柴油机在不同工况下和排气管不同位置处的碳烟颗粒,通过透射电镜对碳烟颗粒形貌进行观测,采用image-pro plus软件统计分析碳烟颗粒的形貌特征参数,得到碳烟颗粒的分形维数.结果表明:随着平均有效压力的升高,碳烟颗粒的分形维数和尺寸增大,其形貌从简单的链状和支状向复杂的簇状和网状发展;在相同的平均有效压力下,采样点2处的碳烟颗粒的分形维数大于采样点1处,表明当碳烟颗粒在排气管中运动时,仍在通过碰撞、聚合和破碎等物理过程发生变化.     

基于辐射光谱的对冲扩散火焰碳烟温度和体积分数的测量实验研究

对冲扩散火焰是研究碳烟生成特性的理想平台,温度是碳烟生成的重要影响因素,碳烟体积分数是衡量碳烟生成率的重要指标,因此对冲火焰中碳烟温度和体积分数的准确测量对于开发减少碳烟排放策略至关重要。文章基于碳烟多光谱辐射(soot spectral emission, SSE)方法同步测量对冲火焰中的碳烟温度和体积分数。考虑到对冲火焰空间尺度小,需要较高测量空间分辨率和位置精度的特点,开发一种用于对冲火焰精准测量定位的方法,有效地提高实验测量的位置精度;同时建立一套基于热电偶的光谱响应函数原位标定系统;最后使用SSE方法对常压环境不同工况下乙烯对冲扩散火焰的碳烟温度和体积分数进行测量。测量结果验证了对冲火焰碳烟温度场和浓度场的准一维性质;通过与消光法实验数据和采用详细化学反应机理的数值计算结果的对比,验证了SSE方法测量对冲火焰中碳烟温度及体积分数分布的可行性。     

内氧化工艺对Al2O3/Cu复合材料中Al2O3颗粒分布的影响

采用压块加入法和分别加入法两种内氧化工艺,将ＣｕＯ和Ａｌ粉末加入到Ａｒ气保护的铜液中制备Ａｌ２Ｏ３／Ｃｕ复合材料,在光学显微镜、扫描电镜及Ｘ射线衍射仪上观察分析了Ａｌ２Ｏ３颗粒的数量,分布及材料的相组成。结果表明,压块加入法生成的Ａｌ２Ｏ３颗于枝晶状分布,最体保温时间为３０－４５ｍｉｎ。分别加入法生成的Ａｌ２Ｏ３颗粒呈弥散状分布,最佳保温时间为４５－６０ｍｉｎ。     

当量比对乙炔/空气爆炸特性和火焰速度的影响

为了获取不同当量比乙炔/空气的爆炸特性和火焰速度,采用20 L球形爆炸装置与高速相机,在常温常压下对当量比为0.60～4.20的乙炔/空气进行爆炸实验,并结合Chemkin对爆炸过程进行计算,将实验结果与Chemkin模拟结果进行对比.根据火焰图像,计算光滑火焰阶段不同当量比下乙炔/空气火焰传播速度和层流燃烧速度.研究...     

N2和CO2稀释对CH4/O2扩散火焰反应区和结构特性的影响

利用紫外成像系统获得了CH_4/O_2同轴射流扩散火焰的OH*二维辐射分布,并对其进行了Abel逆变换处理。基于OH~*分布特性的变化,重点探究了氧化剂中N_2和CO_2体积分数对火焰反应区和结构特性的影响,并进一步比较了两种稀释火焰反应区和结构特性的区别。结果表明:随稀释剂体积分数增加,火焰更加细长。在稀释剂体积分数相同的条件下,CO2稀释时火焰具有更为狭窄的火焰锋面,且OH*辐射强度显著低于N_2稀释火焰。稀释剂体积分数的增加使OH~*的生成机理发生改变,从而导致火焰的核心反应区发生位移。火焰反应区的轴向高度随稀释剂体积分数的增加呈先增大后减小的变化趋势。与N_2稀释火焰相比,反应机理转变对CO_2稀释火焰反应区轴向高度的影响更大。     

H2/CH4/H2S/Ar气氛合成n型金刚石薄膜过程中硫分布的数值模拟

本工作采用Monte Carlo方法,根据辉光放电理论,对以H2S为掺杂源气体采用EACVD技术合成n型硫掺杂的金刚石薄膜的动力学过程进行了模拟.得出不同气压、偏压情况下n型硫掺杂的金刚石薄膜的动力学过程中掺杂元素S和S+粒子数分布,计算结果对掺杂过程的研究具有参考价值.     

CH4/O2/CO2层流预混火焰传播速度实验研究

采用本生灯法,测量了CH4/O2/CO2混合气在不同工况下的层流预混火焰传播速度.采用基于火焰图像的全面积法计算本生灯火焰的传播速度.主要研究了化学当量比(08~12)、氧气体积分数(25%~35%)和稀释剂种类(N2,CO2)对火焰传播速度的影响规律.结果表明:当化学当量比为1时火焰传播的速度达到最大值,在其两侧火焰传播速度逐渐下降;火焰传播速度随着氧气体积分数的增加而增加,且火焰传播速度与氧气体积分数呈二次函数关系;与N2相比,高浓度CO2降低了火焰传播速度,CH4在O2/CO2气氛下的火焰传播速度约为O2/N2气氛下的五分之一.     

超临界CO2沉析HMX过程中过饱和度与颗粒尺寸的关系

用超临界CO2在丙酮溶液中沉析环四亚甲基硝胺(HMX),研究了溶液过饱和度与沉析颗粒尺寸及粒径分布之间的关系。结果表明：用超临界CO2沉析HMX,可在短时间内产生很大的过饱和度。当温度33～50℃,压力5．5～12．0MPa时,在前几分钟内,溶质HMX的浓度快速下降从而在短时间内产生很大的过饱和度。依据吉普斯能传统结晶理论估算了在一定过饱和度下的成核速率。过饱和度愈大、成核速率愈大,沉析的HMX颗粒度愈细。当过饱和度在短时间内形成并导致大量成核快速消耗过饱和度时,可以得到粒度更细,分布更窄的HMX颗粒,如33℃、12．0MPa时,能得到粒径5．1～7．1μm窄分布的HMX细颗粒。     

FeCo-Al2O3颗粒膜隧穿磁电阻的颗粒尺寸效应

利用磁控溅射仪制备了一系列的FeCo-Al2O3颗粒膜．分别通过传统的四探针方法和透射电镜（高分辨电镜）研究了FeCo-Al2O3颗粒膜的隧穿磁电阻和纳米颗粒结构．结果表明：当FeCo的体积分数约为32．8％时,FeCo-Al2O3颗粒膜的隧穿磁电阻达到最大值,约为6．9％,该值为目前所报道的在室温和外磁场为12．5K Oe下测量得到的最高值．电镜观察表明在FeCo-Al2O3颗粒膜中,bcc结构或非晶态的F如颗粒弥散分布在晶态或非晶态的Al2O3基体中．根据电镜观察结果得到颗粒膜的尺寸分布,经过尺寸拟合发现对于FeCo颗粒体积分数较小的颗粒膜,FeCo颗粒的分布满足对数一正态分布函数,而当颗粒膜中的FeCo颗粒体积分数较大时,FeCo颗粒的分布就严重的偏离了对数一正态分布函数．同时,实验结果表明：颗粒膜的隧穿磁电阻随颗粒尺寸呈现出非单调的变化,在一中间尺寸达到最大值。